鋅焙砂熱酸浸出液還原-中和沉銦的工藝試驗研究

楊美彥,戴興征,陳國木,黃孟陽,李國峰,王洪亮,曾 鵬

(云南云銅鋅業股份有限公司,云南昆明 650093)

鋅焙砂熱酸浸出液還原-中和沉銦的工藝試驗研究

楊美彥,戴興征,陳國木,黃孟陽,李國峰,王洪亮,曾 鵬

(云南云銅鋅業股份有限公司,云南昆明 650093)

針對高鐵高銦鋅焙砂的熱酸浸出液,進行了還原-中和沉銦工藝條件試驗研究,確定了最佳工藝條件,其中還原過程:硫化鋅精礦過量系數1.3,酸度60 g/L,反應溫度90℃,反應時間4 h,還原后液Fe3+濃度小于1.0 g/L;中和沉銦過程:反應pH4.0,反應溫度60℃,反應時間30 min,采用該條件,在浸出液中銦含量0.15 mg/L情況下,鐵還原率93.81%,中和沉銦率99.80%,渣含銦0.36%。采用還原-中和沉銦工藝,既可有效回收銦,又利于下一步針鐵礦沉鐵。

濕法煉鋅;熱酸浸出液;鐵還原;中和沉銦

銦及其化合物在現代高科技產業中占據著重要地位[1],但是銦在地球中分布十分分散,由于其地球化學性質與鋅、鉛金屬相似而常與閃鋅礦、方鉛礦等伴生,我國銦資源十分豐富,云南銦資源儲量約4 400 t[2～6]。云南某公司的鋅焙砂及氧化鋅煙塵中的銦、鐵含量都較高,從強化鋅、銦回收出發,開展了中性浸出-弱酸浸出-熱酸浸出-高酸浸出-針鐵礦沉鐵強化浸出的工藝流程試驗,在該工藝流程中,有效回收銦是工藝流程需要考慮的重要因素之一,為此,開展了鋅焙砂熱酸浸出液還原-中和沉銦的工藝試驗研究。

1 試驗原料

試驗使用的鋅焙砂熱酸浸出液系高鐵高銦鋅焙砂經中性浸出-弱酸浸出-熱酸浸出-高酸浸出所得的綜合溶液,其主要化學成分見表1,還原劑選用低鐵硫化鋅精礦,其主要化學成分見表2。沉銦中和劑采用電收塵氧化鋅粉,其中 Zn 64.59%、Fe 3.45%、In 1 398.30 g/t、Pb 3.62%。

表1 浸出液的化學成分

表2 低鐵硫化鋅精礦多元素化學成分 %

2 工藝流程的選擇及其原理

從1980年起,對于高銦鋅焙砂熱酸浸出液處理,國內鋅冶煉企業曾采用黃鉀鐵礬沉鐵法得到富銦的黃鉀鐵礬渣,然后再回轉窯揮發/富集-高銦煙塵濕法浸出回收銦,由于黃鉀鐵礬渣量大、In品位較低,該流程長、能耗大、成本高,經濟效益差。為此,人們一直在探索高銦熱酸浸出液直接中和沉銦工藝的可能性。

有關金屬離子的水解pH值見表3[7],由表3可以看出:In3+的水解pH明顯低于Fe2+、Zn2+、Cu2+,因此,其水解基本不受溶液中 Fe2+、Zn2+、Cu2+影響,但是,Fe3+的水解pH比 In3+更低,比銦離子更先沉淀,所以,為了避免 Fe3+水解對銦沉淀造成干擾。應先將熱酸浸出液中Fe3+還原為Fe2+,從而實現銦的優先中和沉淀,實現銦與鐵、鋅等的分離。表4列出了銦水解時pH值隨溫度的變化情況,從中可以看出,升高溫度能在更低的pH值下實現銦的中和沉淀,從而減低其他金屬的沉淀,提高沉銦渣的品位。

表3 部分金屬離子的水解pH值

表4 不同溫度下In3+水解pH值

基于上述原因,針對熱酸浸出得到的高銦浸出液,擬在針鐵礦沉鐵段前引入還原-中和沉銦工序富集回收銦,具體的工藝流程如圖1所示,即先將浸出液中Fe3+還原為Fe2+,然后中和沉銦,這樣一方面實現了銦的有效富集,另一方面也利于下一步的針鐵礦沉鐵。

圖1 鋅焙砂熱酸浸出還原-中和沉銦的工藝流程圖

3 試驗結果與討論

3.1 還原浸出條件試驗

3.1.1 鋅精礦用量對鐵還原的影響

采用低鐵硫化鋅精礦作為還原劑,在反應溫度90℃,反應時間7 h情況下,考察不同硫化鋅精礦過剩系數對鐵的還原效果影響,結果如圖2所示(還原前液1 L,Fe 30.46 g/L,H2SO460 g/L)。

從圖2看出,當反應體系酸度和時間足夠時,只要硫化鋅精礦用量大于理論值,鐵還原率就能達到97%左右;如果綜合考慮還原后液 Fe3+濃度及鐵入渣的情況,硫化鋅精礦用量過剩系數必須達到1.3,才能使溶液中Fe3+濃度＜1 g/L,且鐵入渣率3%,從而滿足工業生產要求。

3.1.2 反應時間對鐵還原的影響

反應溫度90℃不同硫化鋅過量系數情況下,還原時間對鐵還原率影響試驗結果如圖3所示(還原前液1 L,Fe 25.54 g/L、H2SO432.87 g/L),從圖3中可以看出,溶液酸度一定的條件下,不管硫化鋅精礦用量(過量系數)多少,使鐵還原率要達到90%,反應均需3 h,而且還原率要求越高,反應時間要求越長;當然提高硫化鋅精礦用量(過量系數),能明顯改善鐵的還原效果,當過量系數為1.4時,鐵還原率可以達到95%以上。

圖2 硫化鋅過剩系數對鐵還原的影響

圖3 還原浸出時間對鐵還原的影響

3.1.3 還原酸度對鐵還原的影響

在低鐵硫化鋅精礦過剩系數1.3,還原時間7 h,反應溫度90℃情況下,進行了不同還原酸度對鐵的還原效果影響試驗,結果如圖4所示(還原前液1 L, Fe 37.05 g/L)。

圖4表明,溶液的酸度越高,三價鐵離子越容易還原,還原所需時間越短。溶液酸度為60 g/L,達到Fe3+＜1 g/L只需4 h即可;而酸度為45 g/L,反應時間7 h時,溶液中Fe3+仍為1.01 g/L;因此,如何選擇還原液的酸度應根據工業生產的實際情況綜合考慮。

圖4 還原浸出時間下鐵的還原情況

3.2 中和沉銦條件試驗

中和沉銦試驗所用的還原后液主要成分為:In 65.81 mg/L、Zn 34.0 g/L、Fe 27.09 g/L、Cu 0.84 g/L,每次試驗取1 L還原液,采用電收塵氧化鋅作為中和劑,具體考查了反應pH值、時間對中和沉銦效果的影響。

3.2.1 反應pH值對沉銦的影響

控制反應溫度70℃,反應時間30 min,進行了不同pH值沉銦試驗,結果見表5。

表5 不同反應pH值對中和沉銦的影響

反應pH 3.0 3.5 4.0 4.5 In/mg·L-1 51.88 25.76 0.15 0.18 Cu/g·L-1 0.52 0.24 0.007 6 0.01渣計沉銦率/% 42.67 71.78 100 100

從表5中可以看出,當中和pH≥4.0,浸出液中銦含量很低,為0.15 mg/L,繼續提高中和pH值為4.5,浸出液中銦濃度基本不變,中和沉銦pH值宜控制在4.0最佳。

3.2.2 反應溫度對沉銦的影響

反應pH值控制3.9～4.0、反應時間30 min,進行了不同反應溫度對中和沉銦效果的影響試驗,結果見表6。

表6 不同反應溫度對中和沉銦的影響

反應溫度/℃ 60 70 80渣計沉銦率/% 100.00 100.00 100.00

由表6結果看,在試驗溫度范圍內,提高反應溫度,對提高沉銦效果沒有明顯作用,反應溫度越低,能耗越低,沉銦的反應溫度控制在60℃即可。

3.3 綜合平衡試驗結果

綜合以上條件試驗結果,得出鐵還原的最佳工藝條件為:硫化鋅過量系數1.3,酸度60 g/L,反應溫度90℃,反應時間4 h,還原后液Fe3+濃度小于1.0 g/L;中和沉銦的最佳工藝條件為:反應pH4.0,反應溫度60℃,反應終點以pH基本恒定不變后30 min為準。

在上述最佳條件下,進行了中性浸出-弱酸浸出-熱酸浸出-高酸浸出-還原-中和沉銦-針鐵礦沉鐵全流程周期試驗,每周期投礦量500 g鋅焙砂,詳細考察了平衡周期中還原-中和沉銦情況,試驗結果見表7。

表7 平衡周期還原-中和沉銦段試驗結果 %

從表7中看出,全流程周期平衡后,還原段鐵還原率為93.81%,渣含In小于0.01%;中和沉銦段沉銦率為99.80%,渣含銦0.36%,基本達到了預期目標。高銦熱酸浸出液采用還原-中和沉銦工藝既可有效回收銦,又利于下一步針鐵礦沉鐵,值得進行進一步試驗研究。

4 結 語

1.采用硫化鋅精礦還原高銦熱酸浸出液中的Fe3+,其還原率隨硫化鋅用量、時間、酸度的提高而增加,鐵還原的最佳工藝條件為:硫化鋅過量系數1.3,酸度60 g/L,反應溫度90℃,反應時間4 h,還原后液Fe3+濃度小于1.0 g/L。

2.中和沉銦過程沉銦率主要由反應pH決定,溫度影響不大,最佳工藝條件為:反應pH4.0,反應溫度60℃,反應終點以pH基本恒定不變后30 min為準。

3.在最優條件下全流程周期平衡,還原段鐵還原率93.81%,渣含In小于0.01%;中和沉銦段沉銦率99.80%,渣含銦0.36%,實現了銦的有效富集。

4.高銦熱酸浸出液采用還原-中和沉銦工藝處理,既可有效回收銦,又利于下一步針鐵礦沉鐵,建議進一步深入進行連續擴大試驗研究。

[1] 梁杏初,姚吉升.發揮銦資源優勢發展銦的高新產業[J].廣東有色金屬學報,2002,(12):7-11.

[2] Fortes M CB,Benedetto J S.Separation of Indium and Iron by solvent extraction[J].Minerals Engineering,1998,2(5):447-451.

[3] Alfantazi A M,Moskalyk R R.Processing of Indium:a review[J]. Minerals Enginering,2003,(16):687-694.

[4] 梅光貴,王德潤,周敬元,等.濕法煉鋅學[M].長沙:中南大學出版社,2001.245-246.

[5] 宋素格,蔣開喜,李運剛,等.濕法煉鋅過程中銦鐵的分離[J].有色金屬(冶煉部分),2006,(3):5-8.

[6] 陳家鏞,于淑秋,伍志春.濕法冶金中鐵的分離與利用[M].北京:冶金工業出版社,1991.132-156.

[7] 梅光貴,王德潤,周敬元,等.濕法煉鋅學[M].長沙:中南大學出版社,2001.245-246.

Study on Reduction-Indium Neutralizing Precipitation Process
of Hot Acid Leaching of Zinc Calcine Solution

YANG Mei-yan,DAI Xing-zheng,CHEN Guo-mu,HUANG Meng-yang, LI Guo-feng,WANG Hong-liang,ZENG Peng
(Yunnan Yuntong Zinc Co.,Ltd,Kunming650093,China)

The experiment of reduction-neutralizing for indium precipitation has been carried out for the hot acid leaching solution of zinc calcine with a high content of iron and indium.The optimum conditions were determined as follows:excessive coefficient of zinc sulfide concentrate 1.3,acidity 60 g/L,reaction temperature 90℃,reaction time 4h and Fe3+concentration in solution after reduction is less than 1.0 g/L for the reduction leaching.For the process of neutralized precipitation,reactions pH 4.0,temperature 60℃,reaction time of 30 min.Under the optimum conditions,in the case of leaching solution indium content is 0.15 mg/L,the iron reduced reaches 93.81%, the indium precipitated is 99.80%and indium content in the residue is only 0.36%.By reduction-neutralizing for indium precipitation process,indium can be effectively recycled from hot acid leaching solution.

zinc hydrometallurgy;hot acid leaching solution;reduction of Fe3+;indium neutralizing precipitation

TF111.31

A

1003-5540(2011)05-0024-03

楊美彥(1973-),男,工程師,主要從事鋅、銅等有色金屬冶煉技術工作。

2011-07-05