硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出過程中控制高酸渣含硫的研究

諶可頌

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出過程中控制高酸渣含硫的研究

諶可頌

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

文章系統(tǒng)分析了常壓富氧直接浸出過程中高酸渣含硫的行為，認(rèn)為對(duì)高酸渣含硫的控制主要在浸出和硫浮選兩個(gè)階段，并且提出了一些控制高酸渣含硫的方法，對(duì)硫化鋅精礦的常壓富氧浸出具有一定的指導(dǎo)意義。

常壓富氧直接浸出；硫化鋅精礦；硫浮選；高酸鋅浸出渣

我國(guó)南方某公司采用常壓富氧直浸處理硫化鋅精礦，硫化鋅精礦在高鐵離子氧化作用下直接生成硫酸鋅溶液和單質(zhì)硫，礦漿（氧浸渣）經(jīng)過浮選得到單質(zhì)與高酸浸出渣（氧浸渣浮選尾礦），浮選過程控制的質(zhì)量直接關(guān)系到硫精礦中的含硫品位和高酸浸出渣中硫的含量。之前，高酸渣含硫一度高達(dá)35%，在堆存和送鉛系統(tǒng)基夫賽特爐處理過程中，時(shí)常發(fā)生單質(zhì)硫升華、自燃，存在很大的安全隱患。本文重點(diǎn)分析直浸高酸渣含硫的行為，并且提出了一些控制方法。

1 渣物相成分研究

在常壓富氧直接浸出后，不同產(chǎn)物浮選的性能差別較大，通過化驗(yàn)高酸渣和硫渣的產(chǎn)物成分和物相，來指導(dǎo)硫浮選的工藝控制。

在化學(xué)元素分析及激光粒度分析的基礎(chǔ)上，通過紅外光譜、激光拉曼光譜法、穆斯保爾譜法、掃描電鏡SEM及能譜分析等手段進(jìn)行了大量的物相分析研究，確定了高浸渣和硫渣有關(guān)金屬及其化合物的存在形式，渣物相成分分析分別見表1、表2、表3。

從高酸渣中硫的物相成分可知，高酸渣中含硫最高的兩種成分分別是單質(zhì)硫和硫化物；單質(zhì)硫含量高達(dá)61%，通過強(qiáng)化硫浮選的控制，將降低高酸渣中單質(zhì)硫含量至30%以下；而硫化物可以通過提高浸出強(qiáng)度，降低硫化物含量，來繼續(xù)提高高酸渣中單質(zhì)硫含量。

表1 高酸渣和硫渣中硫含量及物相成分分析結(jié)果%

表2 高酸渣和硫渣中鋅含量及物相成分分析結(jié)果%

表3 高酸渣和硫渣中鐵含量及物相成分分析結(jié)果%

2 浸出工藝降低高酸渣含硫

常壓富氧直接浸出工藝流程圖如圖1所示。

圖1 鋅精礦直浸工藝流程

通過對(duì)高酸渣和硫渣的物相分析，高酸渣中以硫化物形式存在的硫量為8.6%，硫渣中以硫化物形式存在的硫量為9.4%，如將浸出進(jìn)行強(qiáng)化，降低硫化物含量，生產(chǎn)單質(zhì)硫，將有利于降低高酸渣含硫。

2011年通過采取加強(qiáng)球磨，減少無效流量進(jìn)浸出，提高浸出酸度等措施進(jìn)行浸出強(qiáng)化，其強(qiáng)化前8個(gè)月和后8月，高酸渣和硫渣中浸出強(qiáng)化前后，月均渣中總的含鋅和含硫變化情況見表4。

表4 浸出強(qiáng)化前后浸出渣數(shù)據(jù)結(jié)果

表4中數(shù)據(jù)根據(jù)高酸渣和硫渣中的總Zn、S、Fe、Pb量，再除以高酸渣和硫渣的總的渣量，反推出總的渣含Zn、S、Fe、Pb。從表中可以看出，浸出強(qiáng)化后，浸出率提高，含單質(zhì)S提高5.8%，這是由于硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，鐵鋅浸出率提高，進(jìn)入溶液的量增加，渣含鋅鐵降低。結(jié)合物相的分析，硫化物浸出率提高，生成單質(zhì)硫，比原硫化物可浮選性能更好，在硫浮選條件無大的變化情況下，高酸渣含硫從33.4%降低到了25.8%。

2014年以來，繼續(xù)對(duì)浸出過程進(jìn)行浸出優(yōu)化，主要采取的措施是以酸料比為基礎(chǔ)，建立系統(tǒng)體積低位平衡，確保直浸穩(wěn)定運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)數(shù)量見表5。

表5 2014年直浸酸料比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

從表5可知，在1～4月份，直浸處理鉛鋅混合礦，原料含鋅低于40%情況下，控制酸料比5.5；而在5～9月份，由于沒有搭配鉛鋅混合礦，僅適用高鉛礦和鋅精礦，則控制酸料比6.4左右；在此基礎(chǔ)上，工藝要求每班廢液加入量不少于1 100m3，同時(shí)確保出口反應(yīng)器酸度30～40g／L，F(xiàn)e3+／Fe2+比例大于1，這樣既能滿足直浸的金屬量的投入，又能保證浸出效果，防止因?yàn)橥度氩▌?dòng)而影響浸出率，提高單質(zhì)硫含量。

3 浮選控制工藝的優(yōu)化

針對(duì)硫化鋅精礦經(jīng)過常壓富氧直接浸出后得到的硫磺S0，采用浮選方式從浸出礦漿中分離，經(jīng)過一次粗選（1?！?＃槽）、一次掃選（5＃～8＃槽）和兩次精選（10?！?4＃槽）后得到硫精礦。其浮選流程如圖2所示。

圖2 硫浮選工藝流程

影響硫浮選速率的因素較多，主要包括：礦漿的性質(zhì)（如浸出渣的組成、粒度分布、礦物的可浮性）、浮選環(huán)境（藥劑用量、溫度等）和浮選機(jī)的特性（氣泡大小、充氣量空氣保有量、攪拌程度、泡沫層厚度及穩(wěn)定性）

3.1 優(yōu)化硫浮選工藝風(fēng)量控制

通過風(fēng)機(jī)將空氣通入到浮選槽中，形成氣泡分散在礦漿中。氣泡大小、數(shù)量、分布（時(shí)間、空間）對(duì)浮選過程的影響極大，不僅影響浮選速率和回收率，而且還影響浮選的選擇性。浮選速率常數(shù)K是反映浮選速度和效率的重要參數(shù)，其公式如下：

式中：Ec為捕集概率；Jg為表觀充氣速率／m·min-1；db為氣泡直徑／mm。其中Jg為表觀充氣速率，就是氣相排開液相的速度。

在浮選機(jī)型號(hào)和大小都確定的情況下，風(fēng)量的調(diào)節(jié)直接影響到氣泡直徑、表觀充氣速率，從而影響浮選速率，造成浮選品位和回收率的不同。

表6為硫浮選槽不同風(fēng)量情況下，相關(guān)浮選工藝參數(shù)的變化情況。從表6中可以看出：隨著風(fēng)量的增加，氣泡直徑增加，浮選槽中單位礦漿內(nèi)部氣泡體氣泡量即空氣保有量增加。增加了氣泡表面積及其與礦粒接觸的機(jī)會(huì)，對(duì)浮選有利，可以改善浮選指標(biāo)。風(fēng)量減少，氣泡直浸越小，氣泡在礦漿中分布越均勻，礦漿的充氣程度越好，為礦粒附著提供的氣液界面越充分。但風(fēng)量過小，則會(huì)造成在浮選機(jī)內(nèi)部沒有足夠量的氣泡生成，空氣保有量少，使已經(jīng)疏水的顆粒與氣泡碰撞的幾率和上浮幾率將大幅度下降，導(dǎo)致回收率降低。

表6 浮選槽不同風(fēng)量和浮選工藝參數(shù)之間的數(shù)據(jù)表

在本研究選取的風(fēng)量范圍情況下，隨著風(fēng)量的增加，硫回收率增加；在生產(chǎn)過程中粗選控制在15～20m3／h之間，確保在粗選過程中達(dá)到一定的回收率；如將粗選風(fēng)量繼續(xù)加大，粗選回收率提高，則造成掃選的浮選能力空余，而精選壓力增加，造成循環(huán)的硫渣量增加，對(duì)生產(chǎn)是不利的；掃選風(fēng)量提高到20～30m3／h之間，盡量減少硫進(jìn)入高酸渣；精選也提高在20～30m3／h之間，使粗選的精礦在精選過程中，硫盡可能地進(jìn)入硫渣，減少進(jìn)入底流循環(huán)槽，提高粗選效率。

3.2 優(yōu)化硫浮選工藝的泡沫厚度控制

在浮選槽中，礦漿液面的高度加上泡沫層厚度就是浮選槽的高度，因此，泡沫層厚度不僅表示了泡沫層厚度信息，還包含了礦漿液面高度信息。

礦漿液面高度變化主要受入礦和出礦礦漿流量的影響，通過調(diào)節(jié)浮選槽底部閥門可以調(diào)節(jié)礦漿液面高度，當(dāng)閥門調(diào)節(jié)不恰當(dāng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致礦漿液面波動(dòng)。礦漿液面過高時(shí)會(huì)使含有尾礦的礦漿溢流到精選槽，這種情況會(huì)嚴(yán)重影響精選礦物的品位；礦漿液面低，礦漿停留在浮選槽中的時(shí)間減少，礦物粒子和氣體相撞的機(jī)率也減小，浮選有效時(shí)間縮短，礦物離子浮選不充分，導(dǎo)致回收率下降。泡沫層厚度與回收率和尾礦品位的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系示意圖如圖3所示。

圖3 泡沫層厚度與精礦品位和回收率的關(guān)系

對(duì)特定的浮選應(yīng)用，泡沫層厚度存在一個(gè)最優(yōu)化的極值，泡沫層厚度決定氣泡發(fā)生坍塌和兼并現(xiàn)象的頻次，開始塌陷時(shí)的泡沫層厚度是由氣泡結(jié)構(gòu)來確定。在恒定的充氣量條件下，泡沫層表層流動(dòng)速度隨著泡沫變厚而降低，但是該速度與泡沫層厚度的關(guān)系實(shí)際上并不是線性關(guān)系。通常，精選為提高精礦品位，控制較低的礦漿液位和較厚的泡沫層；掃選、粗選時(shí)，為提高回收率減少礦粒在泡沫層停留，保持較高的礦漿液位和較薄的泡沫層，使浮出礦物能立即被刮出。在硫浮選過程中，泡沫層厚度控制原則是：粗選100～200cm，掃選30～100cm；一級(jí)精選100～200cm；二級(jí)精選150～200cm。

4 優(yōu)化后效果

通過上敘浸出工藝優(yōu)化，建立以酸料比為基礎(chǔ)的系統(tǒng)投料機(jī)制，穩(wěn)定了浸出系統(tǒng)的投入；同時(shí)根據(jù)硫浮選工藝研究，根據(jù)該廠的生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)硫浮選過程硫的回收率和硫精礦品位提高進(jìn)行綜合考慮，按如下優(yōu)化條件控制：

1.浮選槽液位控制要求：（1）粗選：2＃槽液位100～200mm，4＃槽液位100～150mm；（2）掃選：6＃槽液位50～100mm，8＃槽液位30～100mm；（3）一級(jí)精選：10＃槽液位150～200mm，12＃槽液位50～100mm；（4）二級(jí)精選：14＃槽液位150～200mm。

2.風(fēng)量要求：粗選槽15～20m3／h，掃選20～30m3／h；一級(jí)精選20～30m3／h，二級(jí)精選20～30m3／h。

高酸渣含硫的的化驗(yàn)結(jié)果見表7。硫浮選優(yōu)化后，高酸渣含硫從21.14%降至16.93%，下降了4.21%，最低降至了2014年3月份的12.94%，后按照公司統(tǒng)一安排，將高酸渣含硫適當(dāng)放寬，之后高酸渣含硫有所增加。如果根據(jù)工藝要求，確保設(shè)備運(yùn)行正常，高酸渣含硫?qū)⒎€(wěn)定控制在16%以下；硫回收率也從69.14%提升到86.8%，回收率提高17%，成效顯著。

5 結(jié)束語

通過強(qiáng)化硫化鋅精礦直接浸出過程與優(yōu)化單質(zhì)硫浮選工藝，達(dá)到降低高酸渣含硫的預(yù)定目標(biāo)，可以降低高酸渣在堆放與送鉛系統(tǒng)處理過程中，“單質(zhì)硫”帶來的環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)；其次，硫渣中除含有大量單質(zhì)硫外，還含有一定數(shù)量的貴金屬（如金、銀等），降低高酸渣含硫有利于貴金屬在硫精礦中的富集，更有利于貴金屬的回收。

表7 硫浮選優(yōu)化前后高酸渣含硫和硫回收率情況

［1］彭容秋.鉛鋅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［2］唐庚年，符金開，夏志美，等.鋅精礦直接浸出研究［J］.湖南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（3）：88-90.

［3］李若貴.常壓富氧直接浸出煉鋅［J］.中國(guó)有色金屬，2009，（3）：12-15.

［4］馮其明，黃海威，歐樂明.鋅浸渣的浮選高硫產(chǎn)品中硫磺與閃鋅礦的分離［J］.金屬礦山，2012，（3）：149-151.

Research on the Control Acid-leaching Residue’s Sulfur Content During the Atmospheric Oxygen-rich Direct-leaching of Zinc Sulphide Concentrate

CHEN Ke-song
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China）

This article systematically analyzes the process of acid-leaching residue’s sulfur content during the process of atmospheric oxygen-rich direct leaching.The control of acid-leaching residue’s sulfur content is considered mostly by the control of leaching conditions and sulfur floating conditions.And it also propounds some methods of controlling acid-leaching residue’s sulfur content which have some guiding singnificance to the the process of atomospheric oxygen-rich direct leaching of zinc sulfide concentrate.

atmospheric oxygen-rich direct leaching；zinc sulphide concentrate；sulfur flotation；acid-leaching residue

TF111.31

A

1003-5540（2015）01-0040-04

2014-12-26

諶可頌（1981-），男，工程師，主要從事有色冶煉生產(chǎn)技術(shù)工作。