回转窑水淬渣磁选后铁渣综合回收的研究*

赵兵伍，吴 慧，窦 峰，陈长浩，张 欢

（云南罗平锌电股份有限公司，云南 罗平 655800）

湿法炼锌浸出渣还含有一定量的锌及其它有价金属，目前比较成熟的处理方法有两种：一种是湿法处理，即高温高酸浸出并配合湿法除铁；另一种是火法处理，即浸出渣配一定量的煤用回转窑进行高温挥发，产出可综合回收的氧化锌粉和进一步处理的水淬渣[1-3]。

云南某湿法炼锌厂浸出渣经回转窑挥发所产的水淬渣，经磁选得到铁渣和做建筑材料出售的尾渣；过去，铁渣做炼铁原料出售，因其受炼铁市场的影响较大，一度大量堆存，加之铁渣中含有一定量的铜（1.5%～2.5%），在出售时不计价，造成资源的浪费。

针对这一情况，对该铁渣进行了综合回收试验研究[4]，经磨细、浸出、净化、铜回收及三价铁的还原、浓缩结晶、分离、干燥等工艺，成功生产出达到国家一级品标准的工业七水硫酸亚铁和高品位铜粉；为这种磁选后铁渣资源化利用实施，起到了积极的推动作用。

1 样品性质、试验流程及验试验方法

1.1 试验样品

某锌厂挥发窑水淬渣经磁选后的铁渣，该铁渣多元素分析结果见表1。

表1 磁选后铁渣多元素分析结果Tab.1 Multi-element analysis results of iron slag after magnetic separation %

1.2 工艺流程图

磁选铁渣资源化回收工艺流程图见图1。

图1 磁选铁渣资源化回收工艺流程图Fig.1 Process flow chart for resource recycling of magnetically separated iron slag

1.3 试验方法

首先对磁选铁渣进行磨细；其次是对磨细后的铁渣进行浸出，并对浸出液进行硅净化、铜回收及铁还原；最后对铜回收的还原后液进行浓缩、结晶、离心分离、干燥，得到成品七水硫酸亚铁。

2 试验过程与讨论

2.1 磨矿粒度对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响分析

从水淬渣磁选后铁渣的多元素分析结果可以看出，该铁渣有价金属铁、铜的含量较高，回收价值高，其它如二氧化硅、镁、硫等虽然其含量高，但目前还不具备回收的能力，做为杂质元素是不希望被浸出的；现对磨矿粒度对铁、铜的浸出影响进行试验研究。

固定该磁选铁渣浸出的液固比5～6∶1、温度65℃、始酸120 g/L浸出时间40 min，调整磨矿粒度，分析磨矿粒度对铁、铜的浸出率影响，结果见图2。

图2 磨矿粒度对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验曲线图Fig.2 Test curve chart for effect of ore grinding particle size on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从图2可以看出，磨矿粒度越细，铁、铜的浸出率越高，当粒度达0.150 mm时，铁、铜的浸出率趋于稳定，但当粒度达0.106 mm之后，二氧化硅、氧化镁的浸出率上升趋势较大，而铁、铜的浸出率则上升不明显；故该磁选铁渣浸出铁、铜时，磨矿粒度在（0.150～0.106）mm之间最佳。

2.2 浸出液固比对磁选铁渣浸出率的影响研究

一般情况，液固比越大，越有利于浸出，但当液固比过大时，酸的用量势必增加，而且浸出后液的金属离子浓度就会降低，不利于后道工序控制，生产成本也会升高。

本次试验先固定磨矿粒度（0.150～0.106）mm、温度65℃、始酸120 g/L、终酸pH=0.5～1、浸出时间40 min，调整液固比，分析液固比对铁、铜的浸出率影响，其结果见图3。

图3 液固比对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验曲线图Fig.3 Test curve chart for effect of liquid-solid ratio on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从图3可以看出，磁选铁渣铁、铜的浸出率随液固比增大而逐渐升高，当液固比达到5∶1后，铁、铜的浸出率趋于稳定，而二氧化硅和氧化镁的浸出率则继续升高，当液固到7∶1时，二氧化硅的浸出率达55%以上，氧化镁的浸出率达65%以上；故从表3可以得出，4～5∶1是该磁选铁渣浸出的最佳液固比。

2.3 浸出温度对磁选铁渣浸出率的影响研究

一般情况下，矿物浸出时，温度越高，其有价金属的浸出率也越高，但温度控制过高，生产成本、安全、环保风险也会增高；故适宜的浸出温度是保证正常浸出的重要条件。

本次试验先固定磨矿粒度（0.150～0.106） mm、液固比7～8∶1、始酸120 g/L、终酸pH=0.5～1、浸出时间40 min，调整温度，分析温度对该铁渣中铁、铜的浸出率影响，其结果见图4。

图4 温度对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验曲线图Fig.4 Test curve chart for effect of temperature on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从图4可以看出，铁、铜的浸出率随温度的升高而升高，当温度升高到75℃之后，铁、铜的浸出率趋于稳定，而二氧化硅和氧化镁的浸出率则继续升高。从表4可以得出，（65～75）℃是该磁选铁渣浸出的最佳温度。

2.4 始酸对磁选铁渣浸出率的影响研究

一般地，矿物浸出时若始酸过低，不利于浸出；若过高，终点酸和液固比控制困难，且液固分离效果差，故适当的始酸对浸出很重要。

本次试验先固定磨矿粒度（0.150～0.106）mm、液固比7～8∶1、温度（75～85） ℃、终酸pH=0.5～1、浸出时间40 min，调整浸出的始酸，看浸出始酸对铁、铜的浸出率影响，其结果见图5。

图5 始酸对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验线图Fig.5 Test curve chart for effect of initial acid on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从图5可以看出，磁选铁渣铁、铜的浸出率随始酸的升高而升高，当升高到130 g/L之后，铁、铜的浸出率趋于稳定，而二氧化硅和氧化镁的浸出率也趋于稳定。从图5可以得出（130～140）g/L是该磁选铁渣浸出的最佳始酸。

2.5 终点酸对磁选铁渣浸出率的影响研究

矿物浸出时，终点酸浓度的控制，主要看其浸出元素的水解酸浓度和有害杂质元素的水解酸浓度，必须保证所浸出的有价离子不被水解而又要尽可能使被浸出的有害杂质得到充分水解沉淀，达到净化的目的；同时，还要考虑液固分离的难易程度。

本次试验先固定磨矿粒度（0.150～0.106）mm、液固比4～5∶1、温度 （75～85）℃、始酸 （130～140） g/L、浸出时间40 min，调整浸出的终点酸pH值，看浸出终点酸对该铁渣中铁、铜的浸出率影响，其结果见表2。

表2 终点酸浓度对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验表Tab.2 Test table for effect of end point acidity on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从表2可以看出，铁、铜、二氧化硅的浸出率在终点酸pH=1.5之前均趋于稳定，当pH=1.5时呈现一个拐点，随后其浸出率有下降的趋势，过滤的性能也随之变难。这主要是该矿物中的二氧化硅被大量浸出，当终点酸pH达到1.5后就开始形成硅胶，造成液固分离困难，导致渣含有价元素升高使铁、铜的浸出率降低。因此，终点酸度pH=1.0～1.5是该磁选铁渣浸出的最佳终点酸度。

2.6 浸出时间对磁选铁渣浸出率的影响研究

矿物浸出时间的长短直接影响其浸出效果的好坏；若浸出时间过短，反应不完全而使浸出率过低，需水解净化的有害元素也会因时间过短，沉淀不彻底；若浸出时间过长，容易造成终点酸度难于控制，形成大量胶状物使得液固分离困难；因此适当的浸出时间对矿物的浸出很重要。

本次试验固定磨矿粒度（0.150～0.106） mm、液固比 4～5∶1、温度 （75～85） ℃、始酸 （130～140）g/L、终点酸pH=1.0～1.5，调整浸出时间，看浸出时间对铁、铜的浸出率影响，其结果见表3。

表3 浸出时间对磁选铁渣铁、铜浸出率的影响试验表Tab.3 Test table for effect of leaching time on leaching rate of iron and copper from magnetic separation of iron slag

从表3可以看出，磁选铁渣铁、铜的浸出率随时间的延长而增加，当浸出时间达到1.5 h后，其铁、铜的浸出率趋于稳定，过滤性能在浸出时间达1.5 h后也逐步变差。故最佳浸出时间为（1.0～1.5） h。

2.7 磁选铁渣浸出液净化的试验研究

因为该磁选铁渣含二氧化硅较高，在浸出时大量的二氧化硅被浸出，使得浸出液中的二氧化硅含量较高，为了提高产品质量、改善过滤效果，必须先进行二氧化硅的净化。本次研究二氧化硅净化的主要方案是对铁、铜的浸出后液在一定条件下加入牛胶水溶液，搅拌反应一定时间后再加入一定量的活性碳进行有机物的吸附及过滤性能的改善。采用以上研究的最佳条件，对磁选铁渣进行磨细、浸出、过滤得到50 L浸出后液用于下一工序使用。经分析化验及计算得表4。

表4 最佳条件下磁选铁渣浸出液分析化验数据表Tab.4 Analysis and chemical tests data for leaching liquor of magnetically separated iron slag under best optimal conditions

经过大量的试验研究，该溶液二氧化硅净化的最佳方案为，所加牛胶水溶液浓度为15%～25%、牛胶加入量为（0.3～0.4） kg/m3溶液、过程温度为（65～75）℃、搅拌反应 （15～20） min后，加入（0.1～0.3） kg/m3活性碳，并搅拌30 min之后过滤。二氧化硅净化率可达95%以上且过滤性能良好，最佳条件下净化后液试验数据见表5。

表5 最佳净化条件试验技术指标数据表Tab.5 Technical indicator data sheet with the best cleaning conditions

从表5可以看出，最佳净化条件下，浸出液中二氧化硅含量可以从净化前的10 g/L以上降底到净化后的0.55 g/L以下，有价元素铁、铜的损失率均在1%以下。

2.8 沉铜及三价铁还原试验研究

二氧化硅净化后液中的铜及三价铁较高，铜做为有价金属必须回收，而三价铁若不采取还原措施，则会直接影响七水硫酸亚铁的品质；经反复试验研究，采用置换反应和金属离子还原同步完成的技术方法；也就是加入还原铁粉，能达到即置换回收铜又能把溶液中的三价铁还原为二价铁的目的。

经试验研究得到最佳铜置换及三价铁还原的条件为：还原铁粉加入量为溶液中铜与三价铁合量的1.1～1.2倍、过程温度为（55～65） ℃、反应时间（35～40） min，过滤得到铜粉和含三价铁小于0.02 g/L的后液，铜粉再经洗涤后出售。具体技术指标数据见表6。

表6 最佳条件下沉铜及三价铁还原技术指标数据表Tab.6 Technical indicator data sheet of electro-deposited copper and ferric iron reduction with the best conditions

从以上试验可以得出，二氧化硅净化后液经过还原铁粉沉铜和三价铁的还原，其沉铜率可达99%以上，后液三价铁可控制在0.02 g/L以下。

2.9 浓缩结晶、离心分离及干燥

用沉铜及三价铁还原后液进行加热浓缩，当后液含铁大于250 g/L时，冷却结晶，并静止（2～3） h之后进行离心分离，得到结晶物和母液，结晶物在（45～50） ℃下干燥后得到七水硫酸亚铁，母液返回继续浓缩结晶。经浓缩结晶、离心分离及干燥后所得的七水硫酸亚铁；主要成份见表7。

表7 七水硫酸亚铁化验分析结果表Tab.7 Chemical analysis results of ferrous sulfate heptahydrate %

从以上试验可以得出，沉铜及三价铁还原后液经浓缩冷却结晶、离心分离及干燥后，所产出的七水硫酸亚铁达到或超过国家工业一级品标准。

3 结语

1） 从以上数据可以得出，磁选铁渣经磨细、硫酸浸出、二氧化硅净化、沉铜及三价铁还原、浓缩结晶、离心分离、干燥后产出铜粉及工业七水硫酸亚铁的方案是可行的，该方案的提出，为湿法炼锌回转窑水淬渣的资源化回收利用增加了一个全新方法，具有一定的引领示范作用；

2） 采用该研究方案的最佳条件，产出可出售的高品质铜粉和七水硫酸亚铁；铜粉品位可大于75%，铜回收率达86%以上，七水硫酸亚铁能达到或超过国家工业一级品标准，且铁回收率达87%以上；

3） 按本公司年产10万t锌锭的产能计；采用该方案，可产出铜粉2 600 t/a和达到国家一级品标准的工业七水硫酸亚铁33 000 t/a，实现产值超过1亿元/年，能为企业创造良好的社会效益和经济效益。