刁微之,和曉才,楊大錦,李小英,徐慶鑫
(昆明冶金研究院,云南 昆明 650031)
濕法煉鋅過程中會產(chǎn)生大量浸出渣(中浸渣),而渣中仍含有大量鋅及其他有價金屬,從浸出渣中回收鋅及其他有價金屬有重要意義[1-3]。
處理鋅浸出渣一般有2種方法:一種是火法,如Waelz法、煙化法,以及Ausmelt法;另一種是濕法,即熱酸浸出法,根據(jù)熱酸浸出液除鐵方法的不同,又有黃鉀鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法等[4-9]。火法處理能耗高,溫室氣體排放量大,對環(huán)境有污染。而高溫高酸浸出—鐵礬除鐵法試劑耗量大,鐵礬渣不易堆存,對環(huán)境易造成污染;除鐵時需要高溫,對設(shè)備要求高,工藝復(fù)雜[10-11]。因此開發(fā)了一種新型、環(huán)保、節(jié)能的鋅浸出渣處理工藝——氧壓浸出工藝,將高溫高酸浸出和針鐵礦法或赤鐵礦法除鐵結(jié)合在一起,明顯降低了鐵浸出率,改善了渣的過濾性能,有效提高了設(shè)備處理能力,而且工藝簡單,環(huán)保安全,三廢產(chǎn)出少。
試驗所用物料為云南某濕法煉鋅廠的中浸渣,其化學(xué)組成見表1。
表1 濕法煉鋅中浸渣中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %
中浸渣中的鋅主要以硅酸鋅(Zn2SiO4)、硫化鋅(ZnS)和鐵酸鋅(ZnFe2O4)形式存在;鈣以CaSO4·0.5H2O為主,部分為CaSO4·2H2O;鉛以硫酸鉛(PbSO4)為主;鐵以FeS為主;脈石為石英。中浸渣粒度為-200目占75.6%。
在加壓釜中,中浸渣表面的硫酸鋅溶解進(jìn)入溶液,沸騰焙燒時未反應(yīng)的和中性浸出時未能浸出的硅酸鋅、硫化鋅和鐵酸鋅與硫酸反應(yīng)后也溶解進(jìn)入溶液;Fe2+或氧化形成的Fe3+發(fā)生水解形成不溶化合物留在渣中,與主要元素鋅分離[12]。鋅的氧壓浸出與除鐵反應(yīng)如下:
根據(jù)公式
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,液固體積質(zhì)量比3∶1,浸出溫度(150±5)℃,浸出時間120 min,攪拌轉(zhuǎn)速750r/min,硫酸質(zhì)量濃度90g/L,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。氧壓對鋅、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖1所示。
圖1 氧壓對鋅、鐵浸出率的影響
從圖1看出:氧壓對鋅浸出率影響不大,這可能是硫化鋅被包裹、不易與硫酸充分接觸所致;氧壓對鐵浸出率的影響也不大,但總體呈上升趨勢。綜合考慮,確定適宜的氧壓為0.8MPa。中浸渣氧壓浸出后,浸出渣的過濾性能得到明顯改善,這是由于其中膠體二氧化硅得到轉(zhuǎn)化,形成易于過濾的晶態(tài)二氧化硅。
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,中浸渣粒度-320目占90%,液固體積質(zhì)量比3∶1,浸出溫度(150±5)℃,氧氣壓力0.8MPa,浸出時間120 min,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。硫酸質(zhì)量濃度對鋅、鐵浸出率的影響如圖2所示。
圖2 硫酸質(zhì)量濃度對鋅、鐵浸出率的影響
從圖2看出:隨硫酸質(zhì)量濃度增大,鋅、鐵浸出率增大;硫酸初始質(zhì)量濃度為150g/L時,鋅浸出率接近98%,鐵浸出率為60%左右,且鐵浸出率隨酸度降低呈下降趨勢。綜合考慮,確定適宜的初始硫酸質(zhì)量濃度為140~150g/L。
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,液固體積質(zhì)量比3∶1,浸出溫度(150±5)℃,氧氣壓力0.8 MPa,浸出時間120min,攪拌轉(zhuǎn)速750r/min,硫酸質(zhì)量濃度150g/L,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。中浸渣粒度對鋅、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。
圖3 中浸渣粒度對鋅、鐵浸出率的影響
從圖3看出:中浸渣粒度越細(xì),鋅浸出率越高;未破碎時鐵浸出率最高,為72.34%;粒度為-200目占98%時,鐵浸出率最低,為30%。這是由于中浸渣中ZnS的氧化消耗了部分酸造成酸度降低,使鐵被氧化形成針鐵礦或赤鐵礦沉淀所致;隨中浸渣粒度減小,渣與酸的接觸更充分,鋅、鐵浸出率均有所增大。隨反應(yīng)的進(jìn)行,鐵浸出率和酸度應(yīng)該進(jìn)一步降低,但相反卻都有所增大,這是因為浸出過程中形成的元素硫被氧化所致。綜合考慮,中浸渣粒度以-320目占98%比較適宜。
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,粒度-320目占98%,液固體積質(zhì)量比3∶1,浸出時間120 min,硫酸質(zhì)量濃度150g/L,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。溫度對鋅、鐵浸出率的影響如圖4所示。可以看出:隨溫度升高,鋅浸出率持續(xù)升高,而鐵浸出率先升高后降低。溫度升高有利于鐵以針鐵礦或赤鐵礦形式沉淀,同時溫度高于140℃時,浸出渣的過濾性能得到明顯改善。綜合考慮,確定浸出溫度為150℃左右。
圖4 溫度對鋅、鐵浸出率的影響
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,中浸渣粒度為-320目占98%,液固體積質(zhì)量比3∶1,浸出溫度(150±5)℃,氧氣壓力0.8MPa,硫酸質(zhì)量濃度150g/L,攪拌轉(zhuǎn)速750r/min,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。
圖5 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響
從圖5看出,時間對鋅浸出率影響較大:浸出40~80min時,鋅浸出率升高很快,因為此時原料中鋅較多,能夠迅速反應(yīng),而浸出80min后,鋅基本反應(yīng)完全,浸出率變化不大;鐵浸出率在浸出60min后趨于穩(wěn)定。綜合考慮,確定適宜的浸出時間為80~90min。
試驗條件:中浸渣質(zhì)量150g,中浸渣粒度為-320目占98%,浸出溫度(150±5)℃,硫酸質(zhì)量濃度150g/L,氧氣壓力0.8MPa,浸出時間90 min,液固體積質(zhì)量比3∶1。木質(zhì)素磺酸鈉加入量對鋅、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖6所示??梢钥闯?,木質(zhì)素磺酸鈉對鋅的浸出影響很明顯:隨木質(zhì)素磺酸鈉用量增加,鋅浸出率增大,但終酸質(zhì)量濃度及鐵浸出率也明顯增大。木質(zhì)素磺酸鈉主要起分散元素硫的作用,但也會使元素硫的氧化程度增大,終點游離酸質(zhì)量濃度增大,從而造成鐵浸出率增大。要保證鋅的浸出率,需要控制適宜的木質(zhì)素磺酸鈉用量。試驗確定木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.15%。
圖6 木質(zhì)素加入量對鋅、鐵浸出率的影響
試驗條件:中浸渣質(zhì)量200g,中浸渣粒度-320目占98%,浸出溫度(150±5)℃,氧氣壓力0.8MPa,硫酸質(zhì)量濃度150g/L,浸出時間90 min,攪拌轉(zhuǎn)速750r/min,木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.2%。液固體積質(zhì)量比對鋅、鐵浸出率的影響試驗結(jié)果如圖7所示。
圖7 液固體積質(zhì)量比對鋅、鐵浸出率的影響
從圖7看出:隨液固體積質(zhì)量比增大,鋅與鐵的浸出率都明顯升高;液固體積質(zhì)量比為3∶1時,鋅與鐵的浸出率都達(dá)最大,分別為98.5%與60%;繼續(xù)增大液固體積質(zhì)量比,鋅、鐵浸出率都變化不大。隨液固體積質(zhì)量比降低,終酸質(zhì)量濃度降低,鋅、鐵浸出率均降低,渣率則升高。所以,液固體積質(zhì)量比不能太低,以3∶1比較適宜。
根據(jù)條件試驗確定的最佳條件進(jìn)行3次綜合試驗,結(jié)果鋅浸出率變化不大,均保持在95%以上;鐵浸出率為60%~65%,終酸質(zhì)量濃度較高,導(dǎo)致鐵浸出率較高;溶液中的鉛以硫酸鉛形式進(jìn)入浸出渣中,浸出液中銅質(zhì)量濃度僅160~165 mg/L,沒有回收價值。
采用氧壓酸浸法從濕法煉鋅中浸渣中浸出鋅和鐵是可行的。在液固體積質(zhì)量比3∶1、始酸質(zhì)量濃度140~150g/L、浸出溫度(150±5)℃、氧氣壓力0.8MPa、木質(zhì)素磺酸鈉用量為中浸渣質(zhì)量的0.15%的最佳條件下,鋅浸出率達(dá)98%,而鐵浸出率為60.87%??刂平鲆航K酸質(zhì)量濃度可以有效抑制鐵的浸出。溫度升高有利于鐵以針鐵礦或赤鐵礦形式沉淀,同時也有利于浸出液過濾。
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