王志軍，蘇立峰，劉三平

（1.新疆和田廣匯鋅業(yè)有限公司，新疆 和田 848000；2.北京礦冶研究總院，北京 100160）

新疆某鉛鋅冶煉廠的自產(chǎn)鋅精礦具有含鋅高、含鐵低、雜質(zhì)含量低等特點(diǎn)，目前主要在市場上外售。根據(jù)公司規(guī)劃，擬在礦山附近新建10萬t/a鋅冶煉廠，形成完整的采選冶生產(chǎn)系統(tǒng)。本文根據(jù)該廠鋅精礦的特點(diǎn)，以及新疆所處地理環(huán)境和周邊工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以鋅焙砂為切入點(diǎn)，對(duì)常規(guī)酸浸工藝進(jìn)行比較優(yōu)化[1]。

1 原料性質(zhì)

鋅焙砂的化學(xué)分析結(jié)果分別如表1、表2、表3和表4所示。

表1 鋅焙砂化學(xué)多元素分析（一）

表2 鋅焙砂化學(xué)多元素分析（二）

表3 鋅焙砂化學(xué)多元素分析（三）

表4 鋅焙砂化學(xué)多元素分析（四）

從以上四個(gè)表中的分析數(shù)據(jù)可知，鋅焙砂含Zn 67.26%，含S 0.17%，含F(xiàn)e 1.86%，含SiO28.91%。焙砂中 Cu、Cd、Ni、Co、Pb、Ga、Ge、In 等有價(jià)元素含量低，綜合回收價(jià)值偏低。

2 試驗(yàn)原理

2.1 浸出反應(yīng)

鋅焙砂的主要成分為ZnO，其中的主要雜質(zhì)有氧化銅、氧化鐵、硫化鋅及部分難溶的鐵酸鹽ZnO·Fe2O3等。雜質(zhì)的存在使浸出過程變得更加復(fù)雜，當(dāng)用硫酸浸出時(shí)，其主要反應(yīng)為：

此外，還會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

2.2 硫酸濃度對(duì)浸出反應(yīng)的影響

上述反應(yīng)中，反應(yīng)（1）和反應(yīng)（5）較易進(jìn)行，反應(yīng)（2）、反應(yīng)（3）和反應(yīng)（6）則較難，這些可根據(jù)反應(yīng)物在酸性水溶液中的溶解pH值來進(jìn)行比較。參加反應(yīng)的各種金屬氧化物和硫化物的溶解pH值如表5所示，其計(jì)算公式為：入溶液，造成鋅浸出率低。為了獲得較高的浸出率，應(yīng)設(shè)法保持較高的酸濃度。

表5 有關(guān)物質(zhì)在酸性水溶液中溶解的值

表5 有關(guān)物質(zhì)在酸性水溶液中溶解的值

物質(zhì) pH0 298 pH0 373 pH0 473 ZnO 5.801 4.347 2.88 CuO 3.945 3.549 1.78 ZnO·Fe2O3 0.674 7 -0.152 4 --Fe2O3 -0.24 -0.991 -1.579 ZnS -1.586 -- --CuS -7.088 -- --

式中，K為溶解平衡常數(shù)；m為酸的H+數(shù)。

由表5可以看出，ZnO和CuO較易溶，其他則較難溶，隨著溫度的升高，溶解pH值均降低。反應(yīng)（7）表面上看與酸度無關(guān)，但依賴于Fe2（SO4）3的濃度，而Fe2（SO4）3的濃度取決于反應(yīng)（3）和反應(yīng)（6）的進(jìn)行情況，從而也取決于酸度，可見，酸濃度低時(shí)難以溶解鐵酸鋅[2-3]，也難以使ZnS轉(zhuǎn)化為鋅離子進(jìn)

3 試驗(yàn)方法

兩種酸浸試驗(yàn)方案如下：中性浸出—常規(guī)低酸浸出—高酸浸出；中性浸出—調(diào)整后低酸浸出—高酸浸出。

浸出試驗(yàn)前，預(yù)先配制浸出用溶液，之后將浸出劑加入燒杯中，開啟攪拌，水浴升溫。當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)，開始緩慢加入鋅焙砂，加完后開始計(jì)時(shí)。試驗(yàn)中準(zhǔn)確控制反應(yīng)溫度，可少量補(bǔ)水，維持體積基本不變。

反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)固液分離，溶液、渣分別分析。Zn2+用EDTA絡(luò)合滴定法分析，硫酸、EDTA等化學(xué)試劑均為分析純。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 中性浸出試驗(yàn)結(jié)果與討論

在浸出液固比為10，浸出溫度75℃，浸出時(shí)間3 h，初始硫酸濃度87 g/L，初始Zn2+濃度82 g/L，初始Fe2+濃度1 g/L，初始Mn4+濃度6 g/L的條件下，進(jìn)行多組中性浸出試驗(yàn)。中浸試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

中性浸出試驗(yàn)結(jié)果表明，中浸試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，平均渣率為31.23%，平均渣含Zn為31.75%，平均中浸浸出率為85.23%。中性浸出液、渣的主要成分分別如表7、表8所示。

表6 中浸試驗(yàn)結(jié)果

表7 中性浸出液主要成分

表8 中性浸出渣主要成分

4.2 中性浸出—常規(guī)低酸浸出—高酸浸出

在浸出液固比為4.17，浸出溫度75～80℃，浸出時(shí)間3 h，初始硫酸濃度90 g/L，初始Zn2+濃度100 g/L的常規(guī)低酸浸出條件下，得到的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 常規(guī)滴酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

常規(guī)低酸浸出試驗(yàn)結(jié)果表明，低浸平均渣率為63.01%，平均渣含Zn為9.92%，平均浸出率為79.42%。經(jīng)過中浸、常規(guī)低酸浸出兩段浸出后，平均渣率為18.57%，平均Zn浸出率為97.27%。焙砂經(jīng)過中浸、常規(guī)低酸浸出之后，總Zn浸出率達(dá)97.27%，渣含Zn品位降至9.92%，為進(jìn)一步提高總Zn浸出率，需要對(duì)低浸渣繼續(xù)進(jìn)行高酸浸出。

在浸出液固比為5，浸出溫度95℃，浸出時(shí)間3 h，初始硫酸濃度180 g/L，初始Zn2+濃度50 g/L的高酸浸出條件下，得到的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

經(jīng)過中浸、調(diào)整后低酸兩段浸出后，平均渣率為15.95%，平均Zn浸出率為97.87%。同時(shí)，低酸浸出終點(diǎn)酸度的提高，避免了浸出中硅過多的以硅膠形態(tài)存在于溶液中，從而改善了低酸浸出后礦漿的過濾性能，保證了后續(xù)工序的正常進(jìn)行。焙砂經(jīng)過中浸、調(diào)整后低酸浸出之后，總Zn浸出率達(dá)97.87%，渣含Zn品位降至8.99%，需要對(duì)低浸渣繼續(xù)進(jìn)行高酸浸出。

試驗(yàn)條件除液固比調(diào)整為5.1外，其他與常規(guī)高酸浸出一致。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表12所示。

表10 中性浸出—常規(guī)低酸浸出—高酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

從表10的數(shù)據(jù)可知，平均高浸渣率為68.64%，平均高浸渣含Zn品位4.35%，平均渣計(jì)浸出率為68.50%。平均三段總渣率為12.60%，總浸出率達(dá)99.19%。

4.3 中性浸出—調(diào)整后低酸浸出—高酸浸出

常規(guī)低酸浸出后，礦漿過濾性能差，影響后續(xù)工序的正常進(jìn)行。為改善礦漿過濾性能，對(duì)常規(guī)低酸浸出工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整后的低酸浸出條件為：液固比4.44，浸出溫度80℃，浸出時(shí)間3 h，始酸濃度115 g/L，初始Zn2+濃度100 g/L，初始Fe2+濃度12 g/L。在此條件下，得到的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

從表11的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，提高終點(diǎn)酸度后，低酸浸出平均渣率為49.87%，平均渣含Zn為8.99%，平均浸出率為85.84%。

表11 調(diào)整后的低酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

表12 低酸浸出調(diào)整后的高酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

從表12數(shù)據(jù)可知，低酸浸出調(diào)整后，高酸浸出平均渣率為73.51%，平均高浸渣含Zn品位3.94%，平均渣計(jì)浸出率為67.47%，平均三段總渣率為12.08%，總浸出率達(dá)99.30%，符合試驗(yàn)預(yù)期。

5 結(jié)論

調(diào)整低酸浸出終酸至30 g/L后，低酸浸出礦漿過濾性能得以改善，有利于后續(xù)工藝進(jìn)行。焙砂經(jīng)過三段浸出，總渣率為12.08%，渣含Zn為3.94%，總Zn浸出率為99.30%，達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期。

1 天津化工研究院.無機(jī)鹽工業(yè)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

2 韋勇法，陳福貴，韋國鵬.鋅焙砂制活性氧化鋅工藝試驗(yàn)[J].無機(jī)鹽工業(yè)，1991（2）：21-26.

3 劉慧納.化學(xué)選礦[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.