和貴方， 伍賀東， 王 闖， 李 晶， 毛 勇， 付天磊

（呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

某北方冶煉公司鋅系統(tǒng)采用真正的全濕法煉鋅工藝，即，兩段氧壓浸出—中和—凈化—鋅電積工藝。生產(chǎn)中鋅精礦含銦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）140 g/t左右，鋅精礦經(jīng)過(guò)兩段氧壓浸出作業(yè)后，產(chǎn)出的二段氧壓浸出渣渣率一般在55%左右，含銦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）60 g/t左右，即，銦的浸出率在75%左右；產(chǎn)出的一段浸出液ρ[In3+]一般在 20～25 mg/L 左右，ρ[H2SO4]為 3～5 g/L，原設(shè)計(jì)采用消石灰或碳酸鈣粉一步中和沉銦工藝存在銦渣渣量大、含銦品位較低（僅700～800 g/t左右）以及銦回收酸浸濾液ρ[In3+]過(guò)低（僅200 mg/L左右）等問(wèn)題。這不僅嚴(yán)重影響銦的回收率和銦回收正常作業(yè)，而且嚴(yán)重威脅鋅系統(tǒng)安全，特別是當(dāng)一段浸出液酸度過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致銦渣渣量更大、含銦品位更低，銦回收作業(yè)無(wú)法維系，銦渣無(wú)法快速外排。為解決上述問(wèn)題，2015年呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司通過(guò)開(kāi)展兩步沉銦工藝試驗(yàn)研究，即，預(yù)中和—中和沉銦工藝，同時(shí)已通過(guò)了生產(chǎn)驗(yàn)證，解決銦渣渣量大、含銦品位低以及當(dāng)一段浸出液酸度過(guò)大時(shí)，通過(guò)預(yù)中和進(jìn)行緩沖，減少酸度變化對(duì)后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的沖擊。

2015年鉛系統(tǒng)產(chǎn)出的氧化鋅煙塵由于長(zhǎng)期堆存，占用資金量大，為解決其去向，考慮使用氧化鋅煙塵作為預(yù)中和的中和劑，為此，將氧化鋅煙塵、焙砂作為預(yù)中和的中和劑進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行適用性工藝研究。

1理論分析

1.1 工藝原理

中和車間預(yù)中和工藝是利用中和劑焙砂進(jìn)行預(yù)中和，將初始酸度pH為3～5左右的一段浸出液升至pH=3.0附近。現(xiàn)考慮使用鉛系統(tǒng)產(chǎn)出的氧化鋅煙塵作為中和劑進(jìn)行預(yù)中和，在pH上升過(guò)程中，焙砂或氧化鋅煙塵發(fā)生的反應(yīng)式如下[1-5]：

此外，焙砂或氧化鋅煙塵中少量堿性脈石和少量其他氧化物如NiO、CaO、MgO和CuO等也參與中和反應(yīng)，但這些數(shù)量少，可以認(rèn)為主要的中和反應(yīng)仍然為ZnO和PbO。

在中和反應(yīng)中，中和所形成的PbSO4和水解產(chǎn)生的膠體Fe(OH)3會(huì)包裹中和劑，造成中和劑的利用率降低[6]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原輔料

原料：一段上清液，成分見(jiàn)“3試驗(yàn)結(jié)果與討論”中所示；輔料：氧化鋅煙塵（來(lái)自鉛廠）、焙砂（外購(gòu)），見(jiàn)下頁(yè)表1。

2.2 試驗(yàn)步驟

1）控制一段液溫度75～80℃條件下，用1 000 mL量筒量取數(shù)份1 000 mL一段液倒入對(duì)應(yīng)燒杯中，燒杯編號(hào)分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)……。

2）計(jì)算1 L一段液預(yù)中和的中和劑（氧化鋅煙塵、焙砂）理論加入量，按照計(jì)算公式：?jiǎn)挝惑w積溶液氧化鋅煙塵或焙砂實(shí)際消耗量大約等于K（ρ[H2SO4]×1.1+ρ[Fe3+]×2.88），其中 K 是計(jì)量系數(shù)。

表1 輔料中和劑質(zhì)量

3）稱取計(jì)算的中和劑用量，分別對(duì)應(yīng)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)……燒杯，將各組中和劑再平均分成若干份在攪拌作用下間隔一定時(shí)間均勻加入一段液中，即，預(yù)中和為2 h，其中1 h內(nèi)加入中和劑，各組中和劑平均分為20份，每3 min加入一份（抖動(dòng)逐步加入），待中和劑全部加入完畢再攪拌1 h即可。

4）到達(dá)指定時(shí)間后，料漿送抽濾，預(yù)中和后液用量筒計(jì)量體積后取樣送分析化驗(yàn)，預(yù)中和渣經(jīng)烘干稱質(zhì)量后送分析化驗(yàn)。

5）預(yù)中和后液相關(guān)記錄及計(jì)算。抽濾速度=預(yù)中和后液體積/（抽濾時(shí)間×抽濾漏斗面積），單位為mL/（min·cm2），其中抽濾漏斗面積=πr2，r為抽濾漏斗半徑。

6）預(yù)中和渣相關(guān)記錄。渣濕質(zhì)量=抽濾后含水分的預(yù)中和渣（含濾紙）質(zhì)量-濾紙質(zhì)量=含水分的預(yù)中和渣（不含濾紙），稱質(zhì)量時(shí)對(duì)濾紙去皮操作，g；濾紙質(zhì)量單獨(dú)記錄在試驗(yàn)記錄表，便于干質(zhì)量計(jì)算，g；渣干質(zhì)量=烘干后樣品（含濾紙）質(zhì)量—濾紙質(zhì)量＝干燥的預(yù)中和渣（不含濾紙），g。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 條件試驗(yàn)

根據(jù)前面所述，開(kāi)展氧化鋅煙塵、焙砂精礦用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表2。

通過(guò)表2可知：

1）氧化鋅煙塵。隨著用量增加，液計(jì)銦損失率變化不大，都低于10%，部分出現(xiàn)負(fù)值，可能是部分煙塵中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致，為確保預(yù)中和效果，銦損失較低，選擇K=0.35作為最優(yōu)條件。

2）焙砂。隨著用量增加，液計(jì)銦損失率變化呈遞減趨勢(shì)，都低于10%，部分出現(xiàn)負(fù)值，可能是部分焙砂中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致，參考2015年試驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，仍然選擇K=0.625作為最優(yōu)條件。

3）輔料單耗用量。焙砂（4.8 g/L）大于氧化鋅煙塵（2.7 g/L）。

后續(xù)經(jīng)過(guò)平行試驗(yàn)，進(jìn)一步確定，同時(shí)考察雜質(zhì)元素增量，特別是F、Cl的增量。

3.2 平行試驗(yàn)

根據(jù)表2結(jié)果，開(kāi)展氧化鋅煙塵、焙砂用量平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表3。

通過(guò)表3可知：

3.2.1 銦的損失率

1）液計(jì)銦的損失率：氧化鋅煙塵－5.15%，焙砂平均值－5.37%，兩者基本相當(dāng)，呈現(xiàn)負(fù)值可能是部分煙塵中的銦進(jìn)入溶液所致，也可能是分析誤差所致。

2）渣計(jì)銦的損失率：氧化鋅煙塵0.46%，焙砂平均值3.72%，兩者均低于10%，但氧化鋅煙塵更低，表明兩者均是少量銦入渣。

以渣計(jì)銦的損失率為準(zhǔn)，以液計(jì)銦的損失率僅作為參考值。

3.2.2 一段液1號(hào)與預(yù)中和后液元素含量對(duì)比

1）Zn。使用氧化鋅煙塵平均增加19 g/L，而焙砂平均減少20 g/L（是分析誤差所致），因?yàn)闊o(wú)論使用哪種中和劑，元素鋅的增量都應(yīng)為正值。

2）Fe。使用氧化鋅煙塵或焙砂，F(xiàn)e2+、Fe3+平均含量都是減少，這是因?yàn)椴糠諪e3+水解入渣所致。

3）Cu、Cd。使用氧化鋅煙塵或焙砂，Cu、Cd 平均含量都是略微減少，但個(gè)別數(shù)據(jù)波動(dòng)大，是分析誤差所致。

4）F。使用氧化鋅煙塵或焙砂，F(xiàn)的個(gè)別含量和平均含量都是增加，增量介于8～9 mg/L，但使用氧化鋅煙塵F平均含量為15.38 mg/L略大于使用焙砂F平均含量為14.27 mg/L。

5）Cl。使用氧化鋅煙塵或焙砂，Cl的個(gè)別含量和平均含量都是增加，但使用氧化鋅煙塵Cl平均含量為79.00 mg/L大于使用焙砂Cl平均含量為61.19 mg/L，前者增加的程度更大。

表2 條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6）As、Si。使用氧化鋅煙塵或焙砂，As、Si的個(gè)別含量和平均含量都是增加，增量基本相當(dāng)。

3.2.3 渣

1）渣率。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣的渣率133.03%小于焙砂所產(chǎn)預(yù)中和渣的渣率212.50%。

2）渣成分。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣含鋅低一些達(dá)到23.57%，但含鉛高達(dá)20.54%，雜質(zhì)元素Cl略高一些；焙砂所產(chǎn)預(yù)中和渣含鋅高一些達(dá)到34.07%，但含鉛低僅為1.29%，雜質(zhì)元素Cl略低一些。

4 結(jié)論

依據(jù)上述試驗(yàn)，對(duì)于中和劑氧化鋅煙塵和焙砂得出以下結(jié)論：

1）單耗。氧化鋅煙塵單耗更低，僅為2.7 g/L。

2）渣率。氧化鋅煙塵所產(chǎn)預(yù)中和渣渣率更低，僅為133.03%。

3）雜質(zhì)元素。Cu、Cd影響不大，變化基本相當(dāng)；As、Si的增量基本相當(dāng)。

關(guān)鍵是F、Cl的增量：從試驗(yàn)結(jié)果可以看到預(yù)中和后液 ρ（△F、△Cl）氧化鋅煙塵＞ρ（△F、△Cl）焙砂，其中，ρ（F氧化鋅煙塵）=15.38 mg/L高出 ρ（F焙砂）=14.27 mg/L約 1.11mg/L，ρ（Cl氧化鋅煙塵）=79.00mg/L高出 ρ（Cl焙砂）=61.19 mg/L約19 mg/L。

結(jié)合鉛系統(tǒng)2015年氧化鋅煙塵F、Cl的含量，對(duì)照表3，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 平行試驗(yàn)結(jié)果

表4 氧化鋅煙塵F、Cl的含量對(duì)照表

結(jié)合表4可知：

2015年由于生產(chǎn)所產(chǎn)出的氧化鋅煙塵F、Cl具有一定波動(dòng)性，即 w（F）為 0.005 4%～0.291 0%，w（Cl）為0.025 8%～0.058 0%，其對(duì)應(yīng)的算術(shù)平均值分別達(dá)到0.033 5%、0.038 8%，分別是本次試驗(yàn)所用氧化鋅煙塵F（0.016%）的2.1倍、Cl（0.008 1%）的4.8倍，由此可見(jiàn)，將可能導(dǎo)致預(yù)中和后液引入更多的F、Cl，故存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，雖然氧化鋅煙塵具有單耗低、渣率低的優(yōu)勢(shì)，但使用氧化鋅煙塵可能會(huì)引入較多的F、Cl，即使從鋅系統(tǒng)工藝角度上看，F(xiàn)元素可以在中和車間除鐵作業(yè)過(guò)程中通過(guò)加入的消石灰消除部分，但Cl元素由于無(wú)法從根本上消除，會(huì)加速鋅系統(tǒng)Cl元素的累積速度，因此，預(yù)中和采用氧化鋅煙塵作為中和劑，流程內(nèi)必須有效脫除F、Cl的工藝技術(shù)。

[1] 彭容秋.鋅冶金[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005.

[2] 劉志宏，唐朝波，張多默，等.銻鹽除鈷凈化工藝研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，31（31）：225-227.

[3] 傅崇說(shuō).有色冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

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[6] 梅光貴，王德潤(rùn)，周敬元，等.濕法冶金學(xué)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2001.