硫化锌精矿氧压酸浸渣中综合回收硫的工艺研究

刘贵清，解 雪，张 帆，王 芳

（江苏北矿金属循环利用科技有限公司，江苏 徐州 221121）

锌作为一种重要的有色金属，被广泛应用于汽车、电池、建筑等领域[1]。金属锌的传统提取工艺是湿法冶金，锌主要从闪锌矿中提取，但是反应温度和生产成本较高，浸出过程会产生SO2、汞、铅等有毒有害物质，对生态环境和作业人员造成巨大危害[2-3]。为避免传统浸锌工艺的缺点，人们研发出锌氧压浸出工艺，其化学反应如式（1）所示。除ZnSO4外，还有部分硫化物转化为单质硫进入氧压酸浸渣中[4-6]。因此，硫化锌精矿产生的氧压酸浸渣可作为二次资源，回收其中的硫。在浸出过程中，硫化锌精矿中部分未溶解的硫化物也会进入氧压酸浸渣中[7-9]。

泡沫浮选法是利用矿物天然疏水性的不同，选择性地将有用矿物与脉石分离的选矿技术[10-14]。但是，硫化锌精矿氧压酸浸渣的颗粒粒径较小，采用泡沫浮选法难以实现分离，同时单质硫和硫化物的疏水性相近，难以选择性浮选分离。本文采用絮凝-浮选工艺，回收硫化锌精矿氧压酸浸渣中的硫。首先进行一次加药剂粗选，确定最佳浮选工艺条件，然后进行闭路浮选试验，明确闭路浮选流程，提高硫的回收率。

1 试验部分

1.1 试验原料和试剂

试验原料为国内某冶炼厂硫化锌精矿产生的氧压酸浸渣，试剂为O-异丙基-N-乙基氨基甲酸酯（Z-200）、丁铵黑药（ADDTP）和乙黄药（EX），试剂均为分析纯，试验用水为自来水。对氧压酸浸渣进行采样，经化学分析，氧压酸浸渣的化学成分如表1 所示。由表1 可以看出，硫含量最高，为44.41%。对氧压酸浸渣进行物相分析，结果如表2 所示。结果表明，在氧压酸浸渣中，37.73%的硫以单质硫的形式存在。对氧压酸浸渣进行X 射线衍射（XRD）分析，结果如图1 所示，其主要矿物为单质硫、黄钾铁矾、黄铁矿和石英。氧压酸浸渣的粒径分布如表3 所示。由表3 可知，硫主要分布在两个粒度区间（粒度d＜0.038 mm 和0.044 mm ≤d＜0.074 mm），硫分布率分别为36.27%和32.71%，氧压浸出渣中硫的粒径较小，采用絮凝-浮选对氧压浸出渣中的硫进行回收。

图1 氧压酸浸渣的X 射线衍射分析图谱

表1 氧压酸浸渣的化学成分

表2 硫的物相分析结果

1.2 试验方法

取氧压酸浸渣加水调浆，然后置于浮选机的浮选槽中，用盐酸或氢氧化钠溶液调节pH 至8.0 左右，再依次加入捕收剂和絮凝剂，在1 650 r/min 的转速下搅拌2 min。充气浮选5 min，将浮选精矿和尾矿干燥，然后进行硫含量分析。

2 结果与讨论

首先开展一次粗选试验，分析絮凝剂用量、捕收剂种类、捕收剂用量和浮选浓度的影响，然后开展闭路浮选试验，明确闭路浮选流程。

2.1 一次粗选试验

2.1.1 絮凝剂用量的影响

以聚丙烯酰胺为絮凝剂，浮选浓度为35%时，研究絮凝剂用量对浮选精矿中硫品位和硫回收率的影响。氧压酸浸渣浮选流程如图2 所示，浮选结果如图3 所示。由图3 可知，随着聚丙烯酰胺用量的增加，浮选精矿中硫品位逐渐增大，聚丙烯酰胺用量为50 g/t 时，硫品位达到最大，为73.79%。继续增加聚丙烯酰胺的用量，硫品位开始下降。硫回收率则随着聚丙烯酰胺用量的增加而增加，但当用量超过50 g/t后，硫回收率无明显增加。因此，聚丙烯酰胺的最佳用量为50 g/t。

图2 氧压酸浸渣浮选流程

图3 聚丙烯酰胺用量对浮选精矿硫品位及回收率的影响

2.1.2 捕收剂种类的影响

在浮选浓度为35%的条件下，研究捕收剂种类对浮选精矿中硫品位和硫回收率的影响。一次粗选流程如图4 所示，浮选结果如图5 所示。

图4 一次粗选流程

图5 捕收剂种类对浮选精矿硫品位及回收率的影响

由图5 可知，采用乙黄药作为捕收剂时，硫品位最高为75.26%，但回收率仅为80.02%。采用丁铵黑药作为捕收剂时，硫的回收率最高，可达81.82%，但浮选精矿中硫品位较采用乙黄药作为捕收剂时低。采用Z-200 作为捕收剂时，氧压酸浸渣的浮选效果最好，因此选用Z-200 作为捕收剂。

2.1.3 捕收剂用量的影响

在浮选浓度为35%，聚丙烯酰胺用量为50 g/t 的条件下，考察Z-200 用量对浮选精矿中硫品位和回收率的影响，结果如图6 所示。由图6 可以看出，随着Z-200 用量的增加，浮选精矿中的硫品位和回收率呈增加趋势，当用量达到80 g/t 时，二者均达到最大，分别为77.68%和87.49%。继续增加Z-200 的用量，硫品位和回收率均开始下降。经分析，Z-200 用量过高时，它会吸附在矿物表面，导致其他矿物与硫一起浮选至精矿中，从而使得硫品位和回收率下降。因此，Z-200 的最佳用量为80 g/t。

图6 Z-200 用量对浮选精矿硫品位及回收率的影响

2.1.4 浮选浓度的影响

Z-200 用量为80 g/t，聚丙烯酰胺用量为50 g/t，考察浮选浓度对浮选精矿中硫品位和回收率的影响，结果如图7 所示。

图7 浮选浓度对浮选精矿硫品位及回收率的影响

由图7 可以看出，浮选浓度对浮选精矿硫品位及回收率影响较大。浮选浓度由20%增加至25%时，硫品位和回收率均呈上升趋势。继续增加浮选浓度至35%，硫品位逐渐增加，但回收率开始下降。因此，最佳浮选浓度为25%。

2.2 闭路浮选

为了研究中矿返矿量对硫浮选的影响，进行闭路浮选试验，流程如图8 所示。其中，中矿1 的尾矿返回空白粗选，精选中矿2 的尾矿返回精选Ⅰ。闭路浮选试验结果如表4 所示。结果表明，浮选精矿中硫的回收率为94.59%，硫精矿品位为87.92%。

表4 氧压酸浸渣闭路浮选试验结果

3 结论

本研究采用絮凝-浮选工艺，从硫化锌精矿氧压酸浸渣中回收硫。化学成分和物相分析结果表明，硫含量为44.41%，其中单质硫含量为37.73%。矿物成分分析表明，主要矿物分别为单质硫、黄钾铁矾、黄铁矿和石英等。粒径分布表明，硫主要分布在两个粒度区间（粒度d＜0.038 mm 和0.044 mm ≤d＜0.074 mm），分布率分别为36.27%和32.71%。以Z-200 为捕收剂，以聚丙烯酰胺为絮凝剂，经一次空白粗选、两次加药剂粗选和两次空白清洗，完成闭路浮选，浮选精矿中硫品位达到87.92%，回收率为94.59%。含硫化物的滤饼返回浸出工序，进行锌回收。