針鐵礦法PbS精礦還原鐵的試驗(yàn)研究

張候文， 賈著紅， 魏 源， 雷建華， 吳紅林

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 云南 曲靖 655011)

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試驗(yàn)研究

針鐵礦法PbS精礦還原鐵的試驗(yàn)研究

張候文， 賈著紅， 魏 源， 雷建華， 吳紅林

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 云南 曲靖 655011)

對(duì)V.M.針鐵礦法鐵還原過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)比了兩種還原方法：一是在鋅冶煉酸浸渣中加入PbS精礦的還原浸出；二是酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原，并進(jìn)行了酸浸渣熱酸浸出液PbS精礦還原條件摸索試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，PbS精礦還原熱酸浸出液能夠滿足V.M.針鐵礦法的要求。

針鐵礦法； 鐵還原； PbS精礦； 酸浸渣

云南馳宏鋅鍺股份有限公司濕法煉鋅廠每年產(chǎn)出大量酸浸渣，該酸浸渣采用煙化爐處理，存在能耗高、金屬鉛、鋅、銀回收率低和環(huán)保壓力大的問(wèn)題。為此開(kāi)展了熱酸浸出—V.M.針鐵礦法處理酸浸渣試驗(yàn)研究。先利用還原劑將熱酸浸出液的Fe3+還原成Fe2+，并用焙砂等中和劑將還原后液預(yù)中和，然后利用空氣或富氧空氣將Fe2+緩慢氧化成Fe3+，用焙砂等中和劑控制過(guò)程酸度，實(shí)現(xiàn)V.M.針鐵礦法除鐵。其中鐵的還原是該工藝的關(guān)鍵技術(shù)，為了保證鐵以針鐵礦形態(tài)析出，需要還原后液Fe3+<1 g/L[1～5]。

工業(yè)上Fe3+的還原劑主要有硫化鋅精礦、亞硫酸鋅和硫化鉛精礦等。用硫化鋅精礦作還原劑具有還原時(shí)間長(zhǎng)，還原終點(diǎn)難于判斷，蒸汽消耗大，中和劑用量大，還原渣含鋅高等不足；亞硫酸鋅作為還原劑存在還原速度快，控制條件苛刻，過(guò)程產(chǎn)生低濃度二氧化硫氣體等缺點(diǎn)；硫化鉛精礦作為還原劑，可降低還原酸度，減少中和劑用量，渣含鉛增大從而含鋅減少，便于送鉛冶煉進(jìn)一步回收鉛、銀等金屬。

本文針對(duì)PbS精礦還原鐵進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)比兩種還原方法：一是在酸浸渣中加入PbS精礦還原浸出，二是酸浸渣熱酸浸出液PbS精礦還原。并對(duì)還原效果較好的方法進(jìn)行條件摸索試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)原料：酸浸渣10 kg，硫化鉛精礦5 kg，取自云南馳宏鋅鍺股份有限公司，分別在90 ℃下干燥48 h，原料組成及物相分析結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 原料組成 %

*Ag、Ge、In單位為g/t。

表2 酸浸渣鋅物相分析結(jié)果 %

還原劑硫化鉛精礦含有鉛、鋅、鐵、硫以及其他微量元素，其中鉛、鋅、鐵以PbS、ZnS、FeS2等硫化物的形態(tài)存在，還原過(guò)程主要起還原作用的是低價(jià)態(tài)的硫元素。

試驗(yàn)試劑：硫酸鋅，99.5%，西隴化工股份有限公司；硫酸，98%，重慶川東化工集團(tuán)有限公司；浸出原液，H2SO4165 g/L，Zn 50 g/L，用硫酸鋅、硫酸加自來(lái)水配制。

試驗(yàn)設(shè)備：XMTD- 4000型電熱恒溫水浴鍋1臺(tái)，KMDZKW- 42A型電熱恒溫水浴鍋1臺(tái)，北京永光明醫(yī)療化工有限公司；JJ- 1精密增力電動(dòng)攪拌器2臺(tái)，常州國(guó)華電器股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)原理

鋅冶煉酸浸渣熱酸浸出時(shí)，其中的硫酸鋅、硅酸鋅很容易被浸出進(jìn)入溶液，鐵酸鋅在高溫高酸條件下也容易浸出，而硫化鋅只有在一定氧分壓或較高三價(jià)鐵存在時(shí)才能被浸出。因此，酸浸渣熱酸浸出的主要反應(yīng)為：

ZnO·Fe2O3+8H+=Zn2++2Fe3++4H2O

(1)

在三價(jià)鐵濃度較高的溶液中，降低酸度后鐵以鐵礬形態(tài)析出；在三價(jià)鐵濃度非常低的溶液中，降低酸度后鐵以針鐵礦形態(tài)析出。酸浸渣熱酸浸出液多以三價(jià)鐵形態(tài)存在，因此針鐵礦V.M.法需要先還原才能再氧化除鐵?？梢圆捎勉U精礦將熱酸浸出液還原；也可以在酸浸渣熱酸浸出的同時(shí)加入還原劑鉛精礦，實(shí)現(xiàn)浸出和還原同步進(jìn)行。

酸浸渣熱酸浸出同時(shí)加入鉛精礦還原的化學(xué)反應(yīng)：

ZnO·Fe2O3+8H+=Zn2++2Fe3++4H2O

(2)

PbS+Fe2(SO4)3=PbSO4+S+2FeSO4

(3)

FeS2+Fe2(SO4)3=3FeSO4+2S

(4)

ZnS+Fe2(SO4)3=ZnSO4+S+2FeSO4

(5)

鉛精礦還原熱酸浸出液的化學(xué)反應(yīng)：

PbS+Fe2(SO4)3=PbSO4+S+2FeSO4

(6)

FeS2+Fe2(SO4)3=3FeSO4+2S

(7)

ZnS+Fe2(SO4)3=ZnSO4+S+2FeSO4

(8)

1.3 試驗(yàn)方法

熱酸浸出液制備：每次取浸出原液3.5 L、酸浸渣700 g，置于5 L的燒杯中，并用KMDZKW- 42A型電熱恒溫水浴鍋控制溫度，用JJ- 1精密增力電動(dòng)攪拌器攪拌，共做4組試驗(yàn)，反應(yīng)完畢過(guò)濾得到熱酸浸出液，供PbS精礦還原試驗(yàn)。

酸浸渣中加入PbS精礦的還原浸出：取浸出原液500 mL，酸浸渣100 g，PbS精礦為理論量的1.1倍，置于1 L的燒杯中，用XMTD- 4000型電熱恒溫水浴鍋控制溫度，JJ- 1精密增力電動(dòng)攪拌器攪拌，反應(yīng)完畢過(guò)濾得到試驗(yàn)后液，分析Fe3+余量。

酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原：取熱酸浸出液500 mL，PbS精礦為理論量的1.1～1.8倍，置于1 L的燒杯中，用XMTD- 4000型電熱恒溫水浴鍋控制溫度，JJ- 1精密增力電動(dòng)攪拌器攪拌，反應(yīng)完畢過(guò)濾得到試驗(yàn)后液，分析Fe3+余量，計(jì)算鐵還原率：

鐵還原率(%)=

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 熱酸浸出液制備

酸浸渣加浸出原液進(jìn)行熱酸浸出，浸出完畢過(guò)濾得到熱酸浸出液。試驗(yàn)條件：浸出原液/酸浸渣=5，浸出溫度90 ℃，浸出時(shí)間4 h。熱酸浸出液成分見(jiàn)表3。

表3 酸浸渣熱酸浸出液成分 g/L

2.2 兩種還原方法的對(duì)比試驗(yàn)

在還原劑PbS精礦加入量為理論量1.1倍、反應(yīng)溫度90 ℃、反應(yīng)時(shí)間6 h、攪拌速度300 r/min的相同條件下，對(duì)比酸浸渣的還原浸出和熱酸浸出液的還原效果。

酸浸渣還原浸出時(shí)，浸出原液/酸浸渣=5。使用表3的熱酸浸出液進(jìn)行PbS精礦還原。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 兩種還原方法效果對(duì)比

表4表明：在相同PbS精礦理論倍數(shù)、相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、攪拌轉(zhuǎn)速的條件下，酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原比酸浸渣中加入PbS精礦還原浸出的還原效果好，這可以解釋為，在酸浸渣中加入PbS精礦還原浸出時(shí)，部分PbS精礦被酸浸渣包裹，影響了還原效果。另外，酸浸渣熱酸浸出液PbS精礦還原產(chǎn)出的渣含鉛高達(dá)47.10%，而酸浸渣中加入PbS精礦的還原浸出渣含鉛37.23%，這樣更加有利于送鉛冶煉回收鉛。因此，下文僅針對(duì)酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原進(jìn)行條件摸索試驗(yàn)。

2.3 溫度對(duì)熱酸浸出液PbS精礦還原的影響

使用表3的熱酸浸出液進(jìn)行溫度條件試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：PbS精礦加入理論量的1.3倍，時(shí)間4 h，攪拌速度300 r/min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溫度對(duì)熱酸浸出液PbS精礦還原的影響

注：由于在常壓下試驗(yàn)，試驗(yàn)地海拔1 800～2 000 m，水的沸騰溫度為93 ℃，因此沒(méi)有進(jìn)行95 ℃及更高的溫度條件試驗(yàn)。

表5表明：溫度升高，鐵還原率升高，90 ℃時(shí)達(dá)到最大值。因此，在常壓條件下，最佳還原溫度是90 ℃。

2.4 PbS精礦加入量對(duì)熱酸浸出液還原的影響

使用表3的熱酸浸出液進(jìn)行PbS精礦加入量條件試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：溫度90 ℃，時(shí)間4 h，攪拌速度300 r/min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 PbS精礦加入量對(duì)熱酸浸出液還原的影響

表6表明：鐵還原率隨著PbS精礦加入量增加而提高，當(dāng)PbS精礦加入量為理論量的1.6倍時(shí)，鐵還原率達(dá)到95.5%，試驗(yàn)后液中Fe3+降低到0.9 g/L，達(dá)到V.M.針鐵礦法的要求(Fe3+<1 g/L)。因此，PbS精礦加入量選擇為理論量的1.6倍。

2.5 時(shí)間對(duì)熱酸浸出液PbS精礦還原的影響

使用表3的熱酸浸出液進(jìn)行時(shí)間條件試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：PbS精礦加入理論量的1.6倍，溫度90 ℃，攪拌速度300 r/min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 時(shí)間對(duì)熱酸浸出液PbS精礦還原的影響

表7表明：鐵的還原率隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而增加，反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)還原率達(dá)到95.2%，試驗(yàn)后液Fe3+降低到0.97 g/L，達(dá)到V.M.針鐵礦法的要求，再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間鐵還原率僅少量增加。因此，最佳反應(yīng)時(shí)間為2 h。

3 結(jié)論

(1)PbS還原鐵的兩種方法中，酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原比酸浸渣中加入PbS精礦的還原浸出效果好，主要是因?yàn)楹笳呒尤氲腜bS精礦部分被酸浸渣包裹的緣故。

(2)酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原最佳條件是：溫度90 ℃、PbS精礦加入量1.6倍、反應(yīng)時(shí)間2 h。

(3)酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原可以將溶液中的鐵還原到1g/L以下，達(dá)到V.M.針鐵礦法的要求。

(4)酸浸渣熱酸浸出液的PbS精礦還原產(chǎn)出的還原渣主要含較高的鉛和鐵等有價(jià)金屬，便于送鉛冶煉回收鉛銀后，再?gòu)囊睙捲谢厥砧F。

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中國(guó)恩菲細(xì)耕國(guó)際化市場(chǎng) 技術(shù)指引智利銅冶煉發(fā)展

圣地亞哥時(shí)間2015年3月25日，“中國(guó)恩菲開(kāi)發(fā)的底吹技術(shù)和中國(guó)銅冶煉行業(yè)的變革”技術(shù)推介會(huì)在智利首都圣地亞哥隆重舉辦。智利CODELCO公司、英美資源集團(tuán)等16家智利當(dāng)?shù)赜杏绊懥Φ牡V業(yè)冶金領(lǐng)域咨詢、設(shè)計(jì)、施工企業(yè)近30名高管、技術(shù)專家，與恩菲團(tuán)隊(duì)共同聚焦有色礦業(yè)冶金領(lǐng)域，共享發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和成果。

中國(guó)恩菲總經(jīng)理伍紹輝為大會(huì)致歡迎詞，對(duì)中國(guó)恩菲作為中國(guó)首批有色行業(yè)設(shè)計(jì)單位60多年來(lái)所取得的發(fā)展成果進(jìn)行介紹。自1953年成立至今，中國(guó)恩菲在礦山、有色冶金、化工環(huán)保、市政建筑、電氣及自動(dòng)化控制工程等領(lǐng)域積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，并在多晶硅、光伏發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和污水處理等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域加速發(fā)展，取得了豐碩的技術(shù)成果，形成了獨(dú)具特色的專有技術(shù)體系。當(dāng)前智利環(huán)保要求日益嚴(yán)格，許多冶煉企業(yè)面臨嚴(yán)峻環(huán)保問(wèn)題，中國(guó)恩菲作為中國(guó)礦業(yè)綠色發(fā)展的推動(dòng)者，愿發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與智利同行共同努力，共享發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新成果，將以自主研發(fā)的富氧底吹熔煉、富氧底吹連續(xù)吹煉為代表的核心技術(shù)及相關(guān)配套技術(shù)的推廣應(yīng)用，為智利冶煉項(xiàng)目的現(xiàn)代化改造提供優(yōu)質(zhì)的全流程解決方案。

中國(guó)恩菲領(lǐng)導(dǎo)專家與參會(huì)人員圍繞智利礦業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題展開(kāi)討論，針對(duì)節(jié)能環(huán)保、技術(shù)改造等智利市場(chǎng)密切關(guān)注的方面做以講解，分享了中國(guó)恩菲作為中國(guó)有色礦業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，在采礦、選礦、尾礦處理、火法冶煉和濕法冶煉等方面所取得的卓越工程業(yè)績(jī)和技術(shù)成果，重點(diǎn)闡述了中國(guó)恩菲自主研發(fā)的富氧底吹煉銅、煉鉛技術(shù)和富氧底吹連續(xù)煉銅技術(shù)的發(fā)展歷程、工程業(yè)績(jī)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，全面展示了中國(guó)恩菲低碳環(huán)保的技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)理念，以及本土化、差異化的合作共贏思路。

國(guó)際銅業(yè)研究組織(ICSG)的數(shù)據(jù)顯示，2014年全球10大銅礦排名中，有6個(gè)位于智利。中國(guó)恩菲此行對(duì)其中Collahuasi、Los Bronces的擁有者英美資源集團(tuán)(Anglo American plc)，Codelco Norte、El Teniente的擁有者智利國(guó)家銅業(yè)公司(Codelco)以及Los Pelambres的擁有者Antofagasta進(jìn)行了拜訪，雙方高管及技術(shù)專家圍繞已經(jīng)開(kāi)展合作的項(xiàng)目及未來(lái)的合作前景進(jìn)行了深入探討，對(duì)中國(guó)恩菲自主研發(fā)的富氧底吹技術(shù)和富氧底吹連續(xù)吹煉技術(shù)的研發(fā)歷程和知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況加深了認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解了中國(guó)恩菲作為技術(shù)研發(fā)者在此領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和領(lǐng)先地位。

在世界上最大的銅業(yè)公司——智利國(guó)家銅業(yè)公司，中國(guó)恩菲一行參觀了目前正在開(kāi)展預(yù)可研工作的Ventanas冶煉廠。智利國(guó)家銅業(yè)公司高管表示，通過(guò)多年交流合作，智利國(guó)家銅業(yè)公司十分信任并贊賞中國(guó)恩菲的技術(shù)實(shí)力。智利國(guó)家銅業(yè)公司計(jì)劃在2022年前投資250億美元對(duì)包括Chuquicamata和Caletones在內(nèi)的銅冶煉廠進(jìn)行技術(shù)改造，希望能與中國(guó)恩菲開(kāi)展更為深入廣闊的合作。

英美資源集團(tuán)是世界上最大的礦業(yè)公司之一，其銅礦業(yè)務(wù)主要集中在南美的智利和秘魯。中國(guó)恩菲領(lǐng)導(dǎo)專家參觀了Charges冶煉廠，目前中國(guó)恩菲正在進(jìn)行該冶煉廠改造項(xiàng)目的預(yù)可研工作，以滿足現(xiàn)有環(huán)保要求，同時(shí)進(jìn)一步提高銅精礦處理能力。英美資源集團(tuán)對(duì)中國(guó)恩菲已經(jīng)開(kāi)展的工作給予高度認(rèn)可，并表示堅(jiān)信中國(guó)恩菲的富氧底吹技術(shù)是成熟、先進(jìn)的，期待下一步能與中國(guó)恩菲探討將富氧底吹連續(xù)吹煉技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目中的可行性，也希望通過(guò)此項(xiàng)目的成功，為中國(guó)恩菲進(jìn)一步打開(kāi)拉美市場(chǎng)，加速國(guó)際化進(jìn)程提供支持。

中國(guó)恩菲領(lǐng)導(dǎo)專家一行還對(duì)智利最大黃金企業(yè)Antofagasta Minerals、國(guó)家礦業(yè)公司(ENAMI)、ABS、Tecnicas Reunidas等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)進(jìn)行了拜訪。

Experimental research of iron reduction of PbS concentrate by goethite process

ZHANG Hou-wen, JIA Zhu-hong, WEI Yuan， LEI Jian-hua, WU Hong-lin

In this paper, the experimental research was conduced on the iron reduction by goethite process, the two reduction methods have been adopted, they were: one is the leaching reduction of acid leaching slag in zinc smelting by adding PbS concentrate, another is the leaching reduction of hot acid leaching solution by adding PbS concentrate. In addition, the reduction conditions for hot acid leaching solution was explored, the result showed that the hot acid leaching solution by PbS reduction can meet the requirements of V.M. goethite method.

goethite process; iron reduction; PbS concentrate; acid leaching slag

張候文(1976—)，男，學(xué)士，工程師，從事鉛鋅冶金技術(shù)工作。

2014-- 03-- 05

TF813

A

1672-- 6103(2015)03-- 0064-- 04