姜 劍

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠，廣東 韶關(guān) 512300）

硫化鋅加壓浸出工藝方法具有流程短、成本低、污染小、回收好等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外金屬冶煉工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了長(zhǎng)足的試驗(yàn)研究與實(shí)踐發(fā)展。近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)各界對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)資源利用的重視程度逐漸加深，硫化鋅加壓浸出工藝逐漸在國(guó)內(nèi)領(lǐng)域中嶄露頭角，受到了冶煉企業(yè)、專家學(xué)者等業(yè)內(nèi)人員的廣泛關(guān)注。在此背景下，我們有必要對(duì)硫化鋅加壓浸出總浸出率的提高策略展開探究討論。

1 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的原理?xiàng)l件

1.1 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術(shù)原理

從原理上講，硫化鋅加壓浸出的基本反應(yīng)公式為ZnS+H2SO4+1/2O2→ZnSO4+H2O+S。若遵循這一公式開展技術(shù)實(shí)踐，將很難達(dá)到高質(zhì)、高效的有價(jià)金屬回收效果。所以，還需要鐵元素的加入，以促進(jìn)反應(yīng)中氧的快速轉(zhuǎn)移，進(jìn)而達(dá)到提高鋅回收率與有價(jià)金屬浸出率的效果。在此背景下，優(yōu)化后的硫化鋅加壓浸出公式為反應(yīng)ZnS+Fe2（SO4）3→ZnSO4+2FeSO4+S與2FeSO4+H2SO4+1/2O2→Fe2（SO4）3+H2O反應(yīng)之和。一般情況下，鋅精礦中含有充足的鐵元素，可滿足上述優(yōu)化工藝的實(shí)踐需求。在硫化鋅加壓浸出的過(guò)程當(dāng)中，還需要對(duì)參與反應(yīng)的鐵元素進(jìn)行充分去除，以達(dá)到更加理想的浸出質(zhì)量。此時(shí)，基于鋅精礦中鐵元素可溶于酸的性質(zhì)特點(diǎn)，可對(duì)浸出液的酸度進(jìn)行控制調(diào)整，從而在水解反應(yīng)下實(shí)現(xiàn)鐵在溶液中的充分去除。其公式原理如下：

①Fe2（SO4）3+（X+3）H2O→Fe2O3XH2O+3H2SO4；

②Fe2（SO4）3+2H2O→2FeOHSO4+H2SO4；

③3Fe2（SO4）3+14H2O→2H3OFe3（SO4）2（OH）6+5H2SO4；

④PbSO4+3Fe（2SO4）3+12H2O→PbFe（6SO4）（4OH）12+6H2SO4[1]。

1.2 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術(shù)條件

在硫化鋅加壓浸出的技術(shù)實(shí)踐中，相關(guān)人員應(yīng)備齊以下設(shè)施條件。

第一，反應(yīng)器。反應(yīng)器應(yīng)滿足高溫、高壓、強(qiáng)酸等特殊環(huán)境下的工作需求，外殼宜采用碳鋼搪鉛材質(zhì)，并在內(nèi)部襯有耐酸磚結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，為了提高耐酸磚的抗氧化、抗酸蝕、耐高壓、長(zhǎng)壽性等性能水平，應(yīng)對(duì)磚體砌筑用的膠泥質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

第二，攪拌裝置。攪拌裝置主要用于鋅精礦、硫酸、氧氣等工藝介質(zhì)的充分混合，其設(shè)備結(jié)構(gòu)中應(yīng)配備有鈦材質(zhì)的雙層攪拌槳葉、高強(qiáng)度的機(jī)械密封構(gòu)件以及冷卻水套夾。這樣一來(lái)，一方面有助于保證攪拌工藝的運(yùn)行質(zhì)量，為硫化鋅加壓浸出中總浸出率的提高夯實(shí)基礎(chǔ)。另一方面，也有助于保證冷卻水的循環(huán)質(zhì)量，從而使酸性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量充分?jǐn)y帶出去，避免攪拌裝置在高溫狀態(tài)下發(fā)生壽命損耗。

第三，閃蒸槽。閃蒸槽主要用于混合礦漿的降壓、降溫處理，以便滿足后續(xù)工藝環(huán)節(jié)的運(yùn)行需求。為了避免槽體被礦漿所腐蝕，也應(yīng)在904l不銹鋼材質(zhì)外殼的基礎(chǔ)上，用玻璃鋼加耐酸磚對(duì)閃蒸槽進(jìn)行內(nèi)襯加護(hù)處理。

第四，調(diào)節(jié)槽。調(diào)節(jié)槽主要用讓礦漿進(jìn)一步降壓、降溫，硫元素的冷卻穩(wěn)定。

第五，濃密池。濃密池主要通過(guò)重力沉降作用，實(shí)現(xiàn)礦漿的固液分離。

第六，物料輸送系統(tǒng)。物料輸送系統(tǒng)以加壓泵、離心泵兩種泵機(jī)設(shè)備為動(dòng)力核心，前者主要用于礦漿的輸送，后者主要用于電解液、混合溶液的輸送。

1.3 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的關(guān)鍵因素

第一，溫度。當(dāng)反應(yīng)溫度變高時(shí)，硫化鋅加壓浸出的速度也會(huì)有所增加。實(shí)踐表明，浸出溫度由130℃升至150℃時(shí)，鋅精礦中有價(jià)金屬的浸出率將明顯升高。但需要注意的是，反應(yīng)溫度在變高的同時(shí)，溶液內(nèi)氧氣的溶解度將呈現(xiàn)負(fù)變化，繼而導(dǎo)致氣相中氧分壓的降低。相關(guān)研究顯示，熔融后單質(zhì)硫在153℃溫度條件下的黏度最小，若反應(yīng)溫度超過(guò)153℃，不僅會(huì)造成硫粘度的增大，還會(huì)大幅提升單質(zhì)硫向硫酸根的轉(zhuǎn)化速率。所以，為了提高硫化鋅加壓浸出的總浸出率，應(yīng)將反應(yīng)溫度控制在145℃～155℃的區(qū)間內(nèi)。

第二，氧分壓。一般情況下，硫化鋅加壓浸出過(guò)程中氧分壓與反應(yīng)速度會(huì)呈現(xiàn)出同步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。所以，實(shí)現(xiàn)氧分壓的提升，即可達(dá)到提高有價(jià)金屬浸出率的效果。但有學(xué)界研究顯示，當(dāng)氧分壓升至580kPa這一較高水平時(shí)，若再進(jìn)行氧分壓的提升，將無(wú)法獲得較顯著的浸出率提高效果。而在150℃的溫度條件下，水的飽和蒸汽壓約為400kPa。所以，為了提高硫化鋅加壓浸出的總浸出率，宜將反應(yīng)過(guò)程的氧分壓控制在1100kPa～1200kPa的區(qū)間內(nèi)。

第三，精礦粒度。從本質(zhì)上講，浸出反應(yīng)是發(fā)生于礦粒表面的多相反應(yīng)。所以，礦粒的粒度越細(xì)，其浸出反應(yīng)的整體效果也就越好?；诖?，在提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的工藝實(shí)踐中，可將精礦粒度控制在44μm以下。

第四，添加劑的影響。若反應(yīng)溫度超過(guò)119℃，精礦表面將會(huì)形成硫膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)精礦與反應(yīng)介質(zhì)之間的接觸產(chǎn)生阻礙作用。而通過(guò)應(yīng)用添加劑，可有效干預(yù)硫膜結(jié)構(gòu)的生成，從而實(shí)現(xiàn)鋅浸出率的提高。現(xiàn)階段，業(yè)內(nèi)常用的添加劑為木質(zhì)磺酸鹽，其分子中的多基團(tuán)、多磺酸根在分布結(jié)構(gòu)上呈網(wǎng)狀。當(dāng)其吸附在精礦、硫的表面時(shí)，仍會(huì)有極性基團(tuán)伸向溶液，進(jìn)而表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水性。這樣一來(lái)，便能實(shí)現(xiàn)精礦外部硫膜結(jié)構(gòu)的充分破壞，實(shí)現(xiàn)浸出反應(yīng)質(zhì)量與速率的提升。但需要注意的是，添加劑應(yīng)以精礦干量的0.1%～0.25%加入。若加入量過(guò)少，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)精礦與硫的成功分離；若加入量過(guò)多，將會(huì)對(duì)二段底流的浮選產(chǎn)生負(fù)面影響[2，3]。

圖1 硫化鋅加壓浸出的技術(shù)流程

2 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的技術(shù)方案

在硫化鋅加壓浸出的實(shí)踐中，鋅精礦中需要浸出回收的金屬成分主要有三類，即主金屬、重金屬以及稀散金屬。其中，鋅精礦的主金屬必然為鋅，重金屬一般有銀、鉛等，稀散金屬有銦、鎵、鍺等。為了提高上述金屬成分的總浸出率，設(shè)計(jì)出了如圖1所示的技術(shù)流程。在此流程中，各環(huán)節(jié)實(shí)施的工藝指標(biāo)如下。

（1）高壓釜：一段溫度為102℃～113℃，二段溫度為140℃～155℃；一段壓力250kPa～450kPa，二段壓力為1000kPa～1250kPa；一段浸出終酸濃度為11g/L～20g/L，二段浸出終酸濃度為65g/L～90g/L；一段酸鋅摩爾比為0.67～0.72，二段酸鋅摩爾比為1.8～2.0；一段添加劑用量為0.8kg/t～1.2kg/t精礦，二段添加劑用量為3.2kg/t～4.0kg/t·二段礦漿干量。

（2）閃蒸槽：運(yùn)行溫度為115℃～120℃，運(yùn)行壓力為30kPa～100kPa。

（3）調(diào)節(jié)槽：運(yùn)行溫度應(yīng)小于105℃。

（4）濃密池：一段底流密度為1.85g/cm3～1.9g/cm3,二段底流密度為1.75g/cm3～1.8g/cm3。

（5）ZPL溶液：溶液材料為三價(jià)鐵，濃度低于500mg/L。

（6）絮凝劑：濃度為1g/L～2g/L,一段流量為500（250～850）L/h，二段流量為250（170～550）L/h。

（7）廢酸：濃度為160g/L～200g/L。

（8）礦漿：一段濃度為65%～70%，一段粒度為D97＜40μm；二段濃度為30%～40%，二段粒度為D97＜25μm。

（9）氧氣：純度超過(guò)98%。

3 提高硫化鋅加壓浸出總浸出率的成效優(yōu)勢(shì)

通過(guò)工藝實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，基于上述技術(shù)方案進(jìn)行硫化鋅中有價(jià)金屬成分的加壓浸出，可表現(xiàn)出以下成效優(yōu)勢(shì)。

第一，由于全程采取高壓、高溫、高酸的加壓浸出反應(yīng)方式，并未在方案中加入傳統(tǒng)的鋅精礦焙燒環(huán)節(jié)，所以在很大程度上避免了鍺、銦、鋅等金屬隨鐵酸鋅流失的情況。這樣一來(lái)，可顯著提高總浸出率，達(dá)到鋅浸出率超過(guò)97%、稀散金屬浸出率超過(guò)90%、鉛銀金屬系統(tǒng)回收的理想效果。

第二，在高酸環(huán)境中，鋅精礦中的鐵元素可在浸出同時(shí)得到浸出。通過(guò)這樣的技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)了鋅金屬浸出與鐵金屬浸出在同一反應(yīng)器中完成，可達(dá)到降低投入成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

第三，以鋅焙砂為中和劑，對(duì)含有稀散金屬的鋅精礦漿液進(jìn)行中和處理，可實(shí)現(xiàn)稀散金屬的富集沉淀。實(shí)踐表明，中和渣中稀散金屬的富集率高達(dá)60%以上。

第四，硫化鋅加壓浸出技術(shù)無(wú)需設(shè)置專門的制酸系統(tǒng)，故而不會(huì)涉及到廢氣、廢水等環(huán)境污染問題。在浸出完成后，可同時(shí)獲得鋅、鐵、鉛、銀、鍺、銦等多種金屬物質(zhì)。所以，可將此技術(shù)視為一種高質(zhì)、高效、環(huán)保的濕法冶煉技術(shù)。

4 結(jié)論

總而言之，將硫化鋅加壓浸出技術(shù)運(yùn)用到冶煉工業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，可達(dá)到清潔化、便捷化、高效率、高質(zhì)量的金屬元素回收效果。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在反應(yīng)中加入可溶性鐵元素，并做好反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)酸度等方面的科學(xué)控制，可顯著提高硫化鋅精礦加壓浸出中各類金屬物質(zhì)的總浸出率，從而提升礦產(chǎn)資源的利用率，為冶煉企業(yè)生產(chǎn)效益與行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)化提供有力支持。