濕法煉鋅酸性浸出條件優(yōu)化及元素浸出行為研究

王 勇，廖貽鵬，苗華磊

（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南 株洲 412004）

常規(guī)濕法煉鋅工藝主要包括氧化焙燒—兩段浸出—凈化—電積四個主要步驟，是目前應用最為廣泛的一種煉鋅工藝。該法以硫化鋅精礦為原料，在高溫下氧化焙燒得到鋅焙砂，過程中鋅、鐵等元素被氧化成高價態(tài)化合物，一部分鋅、鐵的氧化物相互反應生成難溶于水和稀酸的鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3），在硫酸的作用下，鋅焙砂中的有價金屬進入溶液中，而鐵酸鋅的浸出率只有2%～3%，浸出渣中60%以上的鋅以鐵酸鋅的形式存在，浸出渣含鋅18% ～20%，浸出過程渣率為45% ～50%左右［1～7］。有的鋅冶煉企業(yè)為了提高鋅的浸出率，采用熱酸浸出工藝破壞鐵酸鋅的結構，此時鐵也被大量浸出，后續(xù)需要采取復雜的工藝進行沉鐵，沉鐵渣屬于危廢的范疇，品位普遍偏低，難以回收利用，造成二次污染和資源浪費［8，9］。

以濕法煉鋅工藝為基礎，開展酸性浸出條件優(yōu)化及元素浸出行為研究，在適當的條件下既提高鋅的浸出率又可防止鐵被大量浸出，將有利于降低浸出渣率、減少渣處理能耗、節(jié)約生產成本，具有明顯的經濟及環(huán)保效益。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及試劑

試驗的原料為國內某濕法煉鋅廠的中性濃密機底流，過濾后烘干，取樣分析主要成分及鋅的物相，分析結果見表1和表2。

表1 中浸渣主要成分分析結果 %

表2 中浸渣鋅物相分析結果 %

硫酸鋅、氧化鋅、硅酸鋅容易被硫酸浸出，硫化鋅需要在氧化性氣氛下才可浸出，而鐵酸鋅在常規(guī)酸浸條件下幾乎不被浸出。

試驗所用試劑主要有含量為98.3%的分析純硫酸以及自制的去離子水。

1.2 試驗儀器及設備

試驗所用儀器及設備清單見表3。

表3 主要儀器與設備

1.3 試驗方法及流程

中性濃密機底流用旋片式真空泵抽濾實現固液分離，得到中性浸出濾渣及濾液，從濾渣中取出100 g放置在托盤中，在鼓風干燥箱中于100℃下烘干直至質量不再變化，用電子天平稱量干渣的重量，根據重量損失計算濾渣含水率；根據試驗需要，配制成一定濃度及體積的稀硫酸溶液，在恒溫水浴中加熱并不斷攪拌，向稀硫酸溶液中加入中性濾渣，根據液固比計算所需的干渣量，然后依據含水率折算成中性濾渣的實際加入量，反應完成后過濾并將浸出渣烘干，取浸出渣分析主要成分及物相，考察不同浸出條件下元素的浸出率、渣含鋅及渣銀品位的變化。

2 試驗結果與討論

2.1 終酸的影響

2.1.1 終酸對渣含鋅及渣率的影響

控制不同的終酸，在溫度T=90℃、液固比R=7～9∶1的條件下進行酸性浸出，浸出時間為t=5 h，過濾，用熱水洗滌濾渣，考察不同終酸對渣含鋅及渣率的影響，結果如圖1所示。

圖1 終酸對渣含鋅及渣率的影響

從圖1可知，隨著酸性浸出終酸的提高，浸出渣中元素被浸出的趨勢加強，渣率逐漸地降低；渣含鋅隨著浸出終酸的提高呈先降低后上升的趨勢，浸出前期隨著終酸的提高，易浸形態(tài)的鋅化合物被大量浸出，渣中鋅的總量下降趨勢大于渣率下降的趨勢，渣含鋅會出現下降的情況，浸出后期鋅以鐵酸鋅等難浸化合物形態(tài)存在，隨著終酸的提高，其它元素優(yōu)先于鋅被浸出，渣率繼續(xù)下降，浸出渣中鋅的下降趨勢小于渣率下降趨勢，渣含鋅反而會出現上升的結果?？梢酝茰y若繼續(xù)提高終酸，難浸的鐵酸鋅等化合物也將被浸出，渣含鋅仍會繼續(xù)下降。從試驗結果可知，浸出終酸不宜控制過高，過高的終酸會使大量的鐵酸鋅被浸出，浸出液中鐵含量將升高，增加了除鐵的難度與成本，選擇終酸為40 g／L為宜。

2.1.2 終酸對渣銀品位的影響

控制不同的終酸，在溫度T=90℃、液固比R=7～9∶1的條件下進行酸性浸出，浸出時間為t=5 h，過濾，用熱水洗滌濾渣，考察終酸對渣銀品位的影響，結果如圖2所示。

圖2 終酸對渣銀品位的影響

從圖2可知，隨著酸性浸出終酸的提高，浸出渣中銀的品位從250 g／t逐步提高至390 g／t，這是由于終酸提高后，浸出渣中的有價金屬逐步被浸出，銀幾乎不與硫酸反應，仍然留在渣中，浸出渣率隨著終酸的提高而降低，渣銀品位也將隨之升高，渣銀品位的提高有利于銀浮選過程銀的回收。

2.1.3 終酸對元素浸出率的影響

在溫度T=90℃、液固比R=7～9∶1的條件下進行酸性浸出，浸出時間為t=5 h，過濾，用熱水洗滌濾渣，考察浸出終酸對渣中鋅、銅、鐵、鈷、鎳、氟、氯等元素分布的影響情況，結果如圖3所示。

圖3 終酸對浸出過程元素浸出率的影響

從圖3可知，隨著終酸從25 g／L提高至50 g／L，有價金屬Zn、Cu、Co、Ni的浸出率逐步上升，提高終酸有利于元素的浸出，此時雜質元素Fe、F、Cl的浸出率也隨之提高，Fe的大量浸出將增加除鐵工序的負擔，F、Cl的大量浸出將加快管道、設備的腐蝕程度，影響電解工序的操作環(huán)境及析出鋅質量。因此將終酸控制在40 g／L左右既能較大程度地保證有價金屬的浸出率，又可降低雜質金屬的浸出帶來的負面影響。

2.2 液固比的影響

在溫度T=90℃、終酸40 g／L的條件下，對比了不同液固比的酸性浸出試驗，考察液固比的影響，反應時間為t=5 h，過濾，熱水洗滌濾渣，結果見表4。

表4 不同液固比條件下的浸出結果 %

從表4可知，將液固比從7～9∶1提高至10～12∶1時，浸出渣率差別不大，各元素在浸出渣中的含量變化亦不明顯。因此，控制液固比為7～9∶1即可滿足要求，更有利于系統(tǒng)體積的穩(wěn)定控制。

2.3 溫度的影響

2.3.1 溫度對渣含鋅及渣率的影響

在液固比R=7～9∶1、終酸40 g／L的條件下，浸出時間為t=5 h，過濾，熱水洗滌濾渣，改變酸性浸出溫度，考察溫度對渣含鋅及渣率的影響，結果如圖4所示。

圖4 溫度對渣含鋅及渣率的影響

從圖4可知，隨著浸出溫度的提高，渣率及渣含鋅逐步降低，當溫度大于90℃后，渣含鋅及渣率降低的趨勢變緩，因此浸出溫度控制在90℃左右即可滿足要求，過高的浸出溫度將增加蒸汽用量，使能耗增加。

2.3.2 溫度對渣銀品位的影響

控制不同的浸出溫度，在液固比R=7～9∶1、終酸40 g／L的條件下進行高溫高酸浸出，浸出時間為t=5 h，過濾，用熱水洗滌濾渣，考察浸出溫度對渣銀品位的影響情況，結果如圖5所示。

從圖5可知，隨著浸出溫度的提高，浸出渣中銀的品位逐步提高，當浸出溫度大于90℃以后，渣銀品位提高不明顯，因此將浸出溫度控制到90℃即可。

圖5 浸出溫度對渣銀品位的影響

2.3.3 溫度對元素浸出率的影響

控制不同的浸出溫度，在液固比R=7～9∶1、終酸40 g／L的條件下進行高溫高酸浸出，浸出時間為t=5 h，過濾，用熱水洗滌濾渣，考察浸出溫度對渣中鋅、銅、鐵、鈷、鎳、氟、氯等元素分布的影響情況，結果如圖6所示。

圖6 溫度對浸出過程元素浸出率的影響

從圖6可知，隨著浸出溫度的提高，有價元素Zn、Cu、Co、Ni的浸出率提升較為緩慢，溫度對它們的浸出率影響較小，溫度控制在90℃時既能保證浸出速率，又能使有價金屬的浸出率相對較高，滿足生產的需求。

2.4 最佳條件試驗

在浸出溫度為90℃、液固比R=7～9∶1、終酸40 g／L、反應時間5 h的條件下開展最佳條件試驗，結果見表5。浸出渣中鋅、銀的物相分析結果見表6、表7。

表5 最佳條件試驗結果 %

表6 浸出渣中鋅的物相分析結果 %

表7 浸出渣中銀的物相分析結果 g／t

由表5可知，在最佳試驗條件下，浸出渣含鋅為17.87%、渣含銀0.038%。

從表6可看出，鋅在鐵酸鋅物相中分布最多，說明在此試驗條件下，無法將鐵酸鋅分解，必須破壞鐵酸鋅的結構，才能繼續(xù)提高鋅的浸出率，相對于中浸渣而言，酸浸渣中硅酸鋅的含量大幅度降低，硅的大量浸出將影響礦漿的過濾性能。

從表7可知，浸出渣中的銀以單質銀為主，其次是硫化礦物中銀和硫化銀，銀品位的提高有利于銀的浮選回收［10］。

3 結 論

1.中浸渣中鋅的物相主要為硫酸鋅、氧化鋅、硫化鋅、硅酸鋅、鐵酸鋅。

2.試驗的最佳條件為：浸出溫度90℃，液固比7～9∶1，終酸40 g／L，浸出時間為5 h，此時鋅的浸出率為75.97%，渣含鋅為17.87%，渣率為37%，渣銀品位為380 g／t。

3.浸出渣的物相結果表明，最佳試驗條件下，除鐵酸鋅外，其它形態(tài)的鋅基本被浸出完全，90%的鋅以鐵酸鋅形態(tài)存在，銀則主要以單質銀和硫化銀的形態(tài)存在。