從高鐵氧化鋅物料中浸出鋅銦鐵試驗研究及生產(chǎn)實踐

張向陽

(河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟源 459000)

從高鐵氧化鋅物料中浸出鋅銦鐵試驗研究及生產(chǎn)實踐

張向陽

(河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟源 459000)

針對高鐵氧化鋅物料兩段浸出鋅鐵銦工藝存在的一些問題進行工藝改造，增加高酸浸出、還原、除鐵工序，工藝改造后，鋅、銦、Fe浸出率均得到提高，浸出渣鉛品位也明顯提高。

高鐵氧化鋅；高酸浸出；還原；除鐵；鋅；銦；浸出

某冶煉公司每年生產(chǎn)24萬t電解鋅，采用常規(guī)鋅濕法冶煉工藝，即兩段浸出—浸出渣揮發(fā)窯揮發(fā)，揮發(fā)窯產(chǎn)生的氧化鋅焙砂進入氧化鋅處理系統(tǒng)。氧化鋅處理系統(tǒng)采用兩段浸出工藝，每年處理約9萬t氧化鋅焙砂，產(chǎn)出鉛渣(即氧化鋅焙砂浸出渣，主要成分為鉛)約2.5萬t，其中鋅質(zhì)量分數(shù)10%左右，銦質(zhì)量分數(shù)500 g/t左右，每年約有2 500 t金屬鋅、15 t金屬銦及部分銅進入鉛渣，且所產(chǎn)鉛渣鉛質(zhì)量分數(shù)低于28%，品位偏低，鉛系統(tǒng)不好配料使用，銷售價格低。

針對原工藝存在的問題，公司從2009年開始研究從高鐵氧化鋅物料中綜合回收鋅、鉛、銦、鐵等有價金屬，并對工藝進行技術(shù)改造，增加高酸浸出、還原、除鐵工序，以提高鋅、銦、鐵回收率。

1 原料組成

高鐵氧化鋅焙砂和硫化鋅精礦典型成分見表1，氧化鋅焙砂中鋅物相見表2。可知：氧化鋅焙砂中鐵質(zhì)量分數(shù)為7.45%，主要是鐵酸鋅在揮發(fā)窯中未完全分解所致；鋅主要以氧化鋅形式存在，還有少量以鐵酸鋅和硫化鋅形式存在。

表1 氧化鋅焙砂和硫化鋅精礦的主要成分 %

表2 氧化鋅焙砂中鋅物相組成 %

2 原工藝存在的問題

原工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前的工藝流程

原工藝采用兩段浸出法處理氧化鋅物料：物料經(jīng)中性浸出、低酸浸出，鉛渣外售，低酸浸出液經(jīng)中和沉淀銦后返回浸出焙砂，銦富集渣去銦系統(tǒng)回收銦。原工藝存在以下問題：

1)鋅、銦回收率低，其中鋅回收率為92%，銦回收率為50%；

2)鉛渣鉛質(zhì)量分數(shù)低(小于30%)，鋅質(zhì)量分數(shù)高(大于10%)，銦質(zhì)量分數(shù)高(大于500 g/t)，鐵質(zhì)量分數(shù)高(大于10%)；

3)銦富集渣中銦質(zhì)量分數(shù)低(小于0.6%)；

4)Fe浸出率低，大部分留在鉛渣中，而焙砂中浸需補加硫酸亞鐵,造成鐵資源浪費。

3 對原工藝的改造

為提高鋅、銦、Fe浸出率，對原工藝流程加以改進，增加了高酸浸出、還原、除鐵3個工序，通過實驗室試驗和工業(yè)試驗驗證后對原工藝系統(tǒng)進行改造，于2013年投入使用。

3.1 增加高酸浸出工序

原工藝鉛渣中鋅、銦物相分析結(jié)果(表3)表明，鉛渣中，鋅以鐵酸鋅和ZnS形式存在，占比分別為38.52%、8.93%，銦以In2O3、In2(SO4)3、In2S3和難溶礦物形式存在，占比分別為84.89%、12.57%、1.98%和0.56%。

表3 原工藝鉛渣中鋅、銦物相組成 %

鐵酸鋅在晶格結(jié)構(gòu)上屬于等軸晶系尖晶石結(jié)構(gòu)，熔點為1 590 ℃，由于其氧離子呈緊密堆積狀態(tài)，使其晶格具有相當(dāng)大的穩(wěn)定性。有資料表明，鐵酸鋅在300～1 000 ℃范圍內(nèi)的自由能都為負值，不溶于稀酸溶液，因此鉛渣中以鐵酸鋅形式存在的鋅在中性浸出和低酸浸出條件下均難以溶解，與其他不溶雜質(zhì)一起留在渣中[1-2]。但提高浸出劑酸度和溫度時，鐵酸鋅發(fā)生如下反應(yīng)而溶解[3-4]：

ZnS在有Fe3+存在的條件下按下式反應(yīng)而溶解：

其溶解反應(yīng)與硫酸鐵的濃度和溫度有關(guān)，隨硫酸鐵濃度增大及溫度升高，其溶解程度增大，高酸浸出時ZnS溶解率大大提高。

因此，要提高鋅浸出率，必須增加高酸浸出工序，此工序的增加也有利于將鐵酸鋅包裹的銦浸出，從而提高銦回收率。

3.2 增加還原工序

高酸浸出工序提高了鋅、銦浸出率，但大量鐵以Fe3+形式被浸出，如果浸出液直接進入沉銦工序，則溶液中大量存在的Fe3+易水解進入銦富集渣中，造成銦富集渣品位降低、質(zhì)量變差，給后續(xù)銦回收帶來不利影響，且銦富集渣壓濾困難，所以，浸出液在進入沉淀銦工序之前，需增加還原工序?qū)e3+還原為Fe2+。還原工序用硫化鋅精礦作還原劑[5]，反應(yīng)式為

還原渣返回焙燒，還原后液進入沉淀銦工序。

3.3 增加除鐵工序

沉銦后液直接返回浸出焙砂，可替代外購硫酸亞鐵，減少輔料消耗。經(jīng)測算，為保證焙砂中浸工序氧化液中Fe3+質(zhì)量濃度≤1 g/L，每天要用30 m3沉銦后液開路，其中的鐵采用赤鐵礦法[6-8]去除。

除鐵工序主要裝置包括加壓泵、高壓釜、閃蒸槽，除鐵反應(yīng)[9]為

3.4 其他改進

增加高酸浸出工序后，F(xiàn)e浸出率大幅提高，低酸浸出液中的鐵也相應(yīng)提高，需嚴格作業(yè)控制，避免鐵、銦水解進入渣中或形成鐵礬進入渣中。因此，低酸浸出工序改進為：先將高酸濾液打入低酸浸出槽作為底液，然后再分批次將中性浸出底流均勻打入低酸浸出槽進行浸出，嚴格控制pH大于1，同時將溫度控制在60～70 ℃范圍內(nèi)。

氧化鋅焙砂以廢電解液為浸出劑進行中性浸出，濃密機上清液返回焙砂中浸，濃密底流用高酸浸出的濾液進行低酸浸出，低酸浸出底流用廢電解液進行高酸浸出(酸度不夠時補加濃硫酸)，過濾后的高酸鉛渣返回鉛冶煉系統(tǒng)回收鉛，濾液返回低酸浸出。低酸浸出液中的Fe3+利用硫化鋅精礦還原為Fe2+，還原渣返回焙燒，還原后液沉淀銦得含銦富集渣，沉銦后液大部分返回焙砂中浸，少部分經(jīng)除鐵工序開路鐵后返回焙砂中浸，鐵渣作為鐵精礦直接外售。改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后的工藝流程

4 工藝改造后的運行情況

4.1 高酸浸出工序

原料為低酸浸出底流，浸出劑為廢電解液，酸度不夠時補加濃硫酸。由于低酸浸出渣中含有大量鐵酸鋅，部分銦、鋅分別以硫化銦及硫化鋅形式存在，控制終酸質(zhì)量濃度≥100 g/L，濾液作低酸浸出工序的浸出劑，濾渣即為高酸鉛渣，鉛品位達40%以上，鋅質(zhì)量分數(shù)為4.78%。因不具備洗滌條件，暫未對鉛渣進行洗滌，洗滌后鉛渣中鋅質(zhì)量分數(shù)會更低，鉛品位會更高。

表4 高酸浸出液典型成分 g/L

表5 鉛渣典型成分 %

4.2 還原工序

對低酸浸出液中的Fe3+進行還原，還原劑為ZnS精礦，過濾后的濾渣返回焙燒爐配料，濾液進入沉淀銦工序。

增加還原工序后，F(xiàn)e3+還原率達90%，沉淀銦過程中鐵水解率大大降低，銦富集渣銦品位提高，且壓濾困難的問題得以解決，生產(chǎn)效率大大提高。

表6 還原工序生產(chǎn)結(jié)果 g/L

4.3 除鐵工序

沉銦后液預(yù)熱后通過加壓泵進入除鐵高壓釜，釜內(nèi)通入高壓蒸汽和氧氣，反應(yīng)完畢經(jīng)閃蒸閥降溫降壓后排入除鐵后液攪拌槽，經(jīng)壓濾機過濾，濾液送回焙砂中浸工序，過濾后鐵渣外售。該工序除鐵率為90%左右，鐵渣中鐵品位>55%,鋅質(zhì)量分數(shù)為1%左右。

表7 除鐵前、后濾液成分 g/L

5 生產(chǎn)實踐

改造后的工藝于2013年投入使用，鋅、銦回收率(見表9)大幅提高，鉛渣中鋅質(zhì)量分數(shù)降低至6%以下，鉛質(zhì)量分數(shù)提高到40%左右(見表10)，鉛渣產(chǎn)量大幅減少，而鉛渣銷售價格大幅度提高。同時增加還原工序后，可有效避免中和沉淀銦工序反應(yīng)終點Fe3+隨銦水解入渣，銦富集渣銦品位提高2倍左右(見表11)，提高了銦綿品位，且解決了高價鐵大量水解造成銦富集渣難壓濾問題，生產(chǎn)效率得到提高。

表9 工藝改造前后鋅、銦回收率對比 %

表10 工藝改造前后鉛渣成分對比 %

表11 工藝改造前后銦富集渣主要成分對比 %

6 結(jié)論

對氧化鋅焙砂處理系統(tǒng)進行技術(shù)改造，增加高酸浸出、還原、除鐵工序，取得了較好效果，鋅、鐵、銦浸出率得到提高，富集渣銦品位提高，鐵開路后實現(xiàn)了鐵資源化，沉銦后液大部分返回焙砂浸出，節(jié)省了部分硫酸亞鐵。工藝改造后，各項技術(shù)指標均得到改善，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

[1] 彭容秋.鋅冶金[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2005:43-45.

[2] 夏志華,唐謨堂,李仕慶，等.鋅焙砂中浸渣高溫高酸浸出動力學(xué)研究[J].礦冶工程，2005，25(2):53-57.

[3] 鄧奕小.氧化鋅高酸浸出的研究[J].湖南有色金屬，2001，17(增刊1):3-4.

[4] 張榮良，李鳳連.從鋼鐵廠含鋅煙塵中濕法回收鋅的研究現(xiàn)狀及存在的問題[J].濕法冶金，2014，33(3)：165-167.

[5] 傅永良.高銦鋅精礦非礬渣提鋅銦及除鐵新工藝試驗研究[D].長沙：中南大學(xué)，2010.

[6] 張成松,趙婷.赤鐵礦除鐵法在濕法煉鋅工藝中的應(yīng)用[J].湖南有色金屬，2014，30(2):39-41.

[7] 梁田長康,黃作仁.飯島冶煉廠浸出渣工序的增強[J].中國有色冶金，1992(4):44-49.

[8] 余楚蓉.用赤鐵礦法改造現(xiàn)有大型電鋅廠浸出渣的處理流程[J].有色冶煉，1983(2)：9-15

[9] 楊凡,鄧志敢，魏昶，等.采用赤鐵礦法去除高鐵閃鋅礦浸出液中的鐵[J].中國有色金屬學(xué)報,2014，24(9):2387-2392.

Process Research and Production Practice on Leaching of Zinc,Indium and Iron From High-iron Zinc Oxide

ZHANG Xiangyang

(He′nanYuguangZincIndustryCo.，Ltd.,Jiyuan459000,China)

Some problems exist in the process of two-stage leaching zinc,indium and iron from high-iron zinc oxide.After the process being improved by adding the procedure of acidic leaching，reduction and removal iron，the leaching rate of zinc,indium and iron increase,and the grade of lead slag increase significantly.

high-iron zinc oxide;acidic leaching;reduction;removal iron；zinc;indium；leaching

2016-09-22

張向陽(1984-)，男，河南濟源人，碩士，工程師，主要研究方向為濕法冶金。

TF803.21

A

1009-2617(2017)03-0193-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.006