氧化鋅礦堿法浸出試驗研究

肖 純,盧長海,呂良勇,彭偉校

(貴州師范大學材料與建筑工程學院,貴州貴陽 550059)

氧化鋅礦堿法浸出試驗研究

肖 純,盧長海,呂良勇,彭偉校

(貴州師范大學材料與建筑工程學院,貴州貴陽 550059)

研究了貴州某地氧化鋅礦的堿法浸出,考察了攪拌速度、礦石粒度、浸出溫度、總氨濃度、浸出時間、液固體積質量比等因素對鋅浸出率的影響。結果表明:用NH4Cl-NH3-H2O體系,在攪拌速度300 r/min,礦樣粒度200目以下占 92%以上、浸出溫度70℃、NH3與 NH4Cl濃度比1∶1、總氨濃度7.0 mol/L、浸出時間90 min、液固體積質量比15∶1條件下,鋅浸出率達93%。

氧化鋅礦;堿法浸出;鋅

隨著社會的快速發展,鋅的需求量不斷增大,而國內外鋅礦資源日趨緊張,高品位硫化鋅礦資源日益枯竭,因此,開發處理品位較低的硫化鋅礦、氧化鋅礦和復雜混合鋅渣料等二次資源已成必然[1-2]。對于高品位氧化鋅礦,國內外大都采用酸法浸出[3-4],而對于低品位氧化鋅礦,由于其中含有較多的堿性脈石成分(CaO、MgO等),浸出時酸耗大,設備易腐蝕,同時Si、Fe等雜質元素易于浸出,在中和工序極易形成膠體,影響浸出液的過濾及后序工藝。

氧化鋅礦是鋅礦中的次生礦,主要礦石成分為菱鋅礦(ZnCO3)、硅酸鋅礦(Zn2SiO4)、異極礦(Zn4(Si2O7)(OH)2·H2O),礦石中含有大量的硅、鐵、鈣、鎂、鉛、鎘、銅等雜質。氧化鋅礦的礦相復雜,不易選別,浮選藥劑的選擇、礦物表面的改性等都比較困難[5],直接冶煉時成本高,鋅回收率低。用堿法浸出氧化鋅礦的主要優點是設備不易腐蝕,固液分離方便,浸出液易凈化,原料適應性廣,工藝流程短,產品品種多,成本低,操作簡單,環境污染小,部分原材料可循環使用,是目前研究較多也是比較有前景的氧化鋅礦處理方法。

針對貴州某地氧化鋅礦,根據前人的銨鹽浸出氧化鋅礦動力學研究[6],Zn-NH3-NH4Cl-H2O體系生產金屬鋅[7],堿浸電解生產金屬鋅粉[8]等研究結果,采用NH3-N H4Cl-H2O體系研究了氧化鋅礦的堿法浸出,確定了影響鋅浸出率的主要因素。

1 堿法浸出原理

堿法浸出氧化鋅礦主要發生如下反應:

常溫下,由于氯化鋅與氨分子反應生成氯銨鋅絡合物沉淀,使鋅在氯化銨溶液中的溶解度很低,但隨著溫度的升高,鋅溶解度急劇增大,利用這個原理可浸出氧化鋅礦中的鋅。礦石中的雜質元素 Cu、Cd、Pb、As等也有類似反應,進入液相體系,但由于其含量較低,用鋅粉置換即可完全凈化;對于含量較多的Fe、Si等雜質,因很難被浸出而留在固相渣中。

2 試驗部分

2.1 試驗礦樣

試驗礦樣取自貴州某氧化鋅礦,其組成為菱鐵礦、異極礦、水鋅礦、黃鐵礦、黏土及脈石等,主要礦石成分為菱鐵礦、異極礦。

將礦樣破碎、烘干,磨細至 200目以下占92%以上,用干燥箱在110℃下烘烤3 h,冷卻后,在空氣中放置0.5 h,用于浸出。

2.2 試驗方法

取一定質量處理后的礦樣于燒杯中,加適量水潤濕;取一定質量氯化銨于另一燒杯中,加入氨水,再加水溶解。將氯化銨+氨水溶液,按一定液固體積質量比倒入裝有礦樣的燒杯中,調節水浴溫度和攪拌速度,在恒溫、機械攪拌條件下浸出一定時間。浸出結束后,過濾,洗滌濾渣,分析濾液和濾渣中鋅的含量。

浸出過程中控制p H值,堿度不宜太高,總氨濃度7.0 mol/L,溶液體積1 500 mL,礦樣質量100 g,礦樣粒度200目以下占92%以上。

2.3 試驗設備

試驗在 1 000 mL三角燒瓶中進行,用H K2A型帶機械攪拌裝置的超級恒溫水浴鍋(Δt=±0.1 ℃)加熱。

3 試驗結果與討論

3.1 攪拌速度對鋅浸出率的影響

控制其他條件不變,調節攪拌速度,考察攪拌速度對鋅浸出率的影響。試驗結果如圖1所示。

圖1 攪拌速度對鋅浸出率的影響

由圖1看出:攪拌速度在 100～200 r/min時,鋅浸出率隨攪拌速度提高而升高;攪拌速度超過200 r/min以后,鋅浸出率只有微幅升高。綜合考慮,確定攪拌速度以300 r/min為宜。

3.2 浸出溫度對鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,液固體積質量比15∶1,浸出時間90 min,其他條件不變,溫度對鋅浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 進出溫度對鋅浸出率的影響

圖2表明:溫度對鋅浸出率影響較為明顯;隨浸出溫度升高,鋅浸出率增大;當溫度高于60℃后,浸出率增大幅度明顯放緩。溫度高于70℃,浸出過程中氨的揮發加劇,因此,浸出溫度以70℃左右較為適宜。

3.3 總氨濃度對鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,液固體積質量比15∶1,浸出90 min,總氨濃度對鋅浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 總氨濃度對鋅浸出率的影響

圖3表明:鋅浸出率隨總氨濃度升高而增大,當總氨濃度大于6 mol/L后對鋅浸出率影響較小。總氨濃度太大,在冷卻時極易有NH4Cl晶體析出,因此,總氨濃度以7.0 mol/L為宜。

3.4 浸出時間對鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,液固體積質量比15∶1。浸出時間對鋅浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對鋅浸出率的影響

圖4表明:隨浸出時間延長,鋅浸出率相應升高,浸出90 min以后,鋅浸出率變化不明顯。最佳浸出時間確定為90 min。

3.5 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出90 min,液固體積質量比對鋅浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 液固體積質量比對鋅浸出率的影響

圖5表明:鋅浸出率隨液固體積質量比的增加而增大,液固體積質量比達15∶1后,繼續增大對浸出率的影響極小。同時,若液固體積質量比太大,則試劑浪費加大,溶液后處理難度加大,故以15∶1較為適宜。

3.6 綜合條件試驗

根據上述條件試驗結果,選擇最佳浸出條件進行綜合試驗:礦樣粒度200目以下占92%以上,攪拌速度300 r/min,浸出溫度70 ℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出時間90 min,液固體積質量比15∶1,礦樣質量10 g。浸出結果見表1。

表1 浸出液中各元素及質量濃度 g/L

從表1看出,浸出液中含有少量雜質元素,用鋅粉置換后可得到p H=7.0左右、較為純凈的浸出液。礦石中大量Fe、Si等有害雜質留在浸出渣中,少量Cu和Cd等有價金屬可以綜合回收。

4 結論

研究了低品位氧化鋅礦的堿法浸出,確定了最佳浸出條件:浸出體系NH3-NH4Cl-H2O,攪拌速度300 r/min,礦樣粒度200目以下占92%以上,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出時間90 min,液固體積質量比15∶1。最佳條件下,鋅浸出率可達到92.3%。浸出過程中,大量脈石成分如Fe、Si保留于渣中,浸出液凈化后可直接電解鋅,特別是生產高附加值的金屬鋅粉。浸出液凈化同時,銅、鎘等重金屬離子被回收,有利于礦產資源的綜合利用,同時也為環境友好創造了條件。

[1]張玉梅.氧化鋅礦氨性強化浸出新方法的研究[D].湖南長沙:中南大學2009.

[2]華一新.有色冶金概論[M].2版.北京:冶金工業出版社,2007:98-126.

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Abstract:Alkaline leaching of zinc oxide ore from Guizhou Province has been studied.Effection of some factors,such as stirring rate,ore particle size,temperature,total ammonia-ammonium concentration,leaching time and ratio of liquid to solid,on leaching of zinc are examined.The results show that leaching of zinc is about 93%in N H4Cl-NH3-H2O leaching system under the conditions of stirring rate of 300 r/min,ratio of liquid to solid of 15∶1,average ore particle size of 0.074 mm,reacting temperature of 70℃,total ammonia-ammonium concentration of 7.0 mol/L and reacting time of 90 min.

Key words:zinc oxide;alkaline leaching;zinc

Alkaline Leaching of Zinc From Oxide Ore

XIAO Chun,LU Chang-hai,LüLiang-yong,PENG Wei-xiao
(School of Materials and Civil Engineering,Guizhou Normal University,Guiyang,Guizhou 550059,China)

TF803.2

A

1009-2617(2010)02-0092-04

2010-01-18

貴州師范大學學生科研重點項目2009(38)。

肖純(1967-),女,貴州遵義人,大學本科,教授,主要從事冶金工藝的教學與研究工作。