高鐵低品位硫化鉛鋅混合精礦氧壓酸浸試驗(yàn)研究

張新莊，張向陽(yáng)，張利濤

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟(jì)源 459000）

硫化鉛鋅混合礦主要采用密閉鼓風(fēng)爐處理，但該工藝需要消耗大量焦炭，能耗高，且污染嚴(yán)重，不符合目前國(guó)家提倡的低碳經(jīng)濟(jì)政策。高鉛鋅精礦采用傳統(tǒng)工藝濕法煉鋅時(shí)，容易引起爐料在沸騰爐煙道中結(jié)塊，使焙燒無(wú)法有效進(jìn)行，形成硫酸鉛，也會(huì)消耗大量酸。而作為煉鉛原料，則因含鋅高，使得黏度大、熔點(diǎn)高，鉛和爐渣分離不徹底，鉛回收率低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差。

氧壓酸浸工藝在硫化鋅精礦和高鐵閃鋅礦方面的應(yīng)用研究較多［1-6］，工藝日趨成熟，而且國(guó)內(nèi)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)［7］：1）鋅浸出率高，即使是品位較低的鋅精礦，鋅浸出率都可達(dá)98%以上；2）不產(chǎn)生二氧化硫煙氣，對(duì)環(huán)境影響小；3）設(shè)備體積小，生產(chǎn)潛力大；4）適合處理高鐵鋅精礦。但該工藝在處理硫化鉛鋅混合礦方面目前還未見有相關(guān)報(bào)道。研究了采用氧壓酸浸工藝浸出高鐵低品位硫化鉛鋅混合精礦。氧壓酸浸過(guò)程中，鋅以硫酸鋅形式浸出，鉛以硫酸鉛和鉛鐵礬形式沉淀在渣中，從而實(shí)現(xiàn)鉛、鋅、鐵的分離。

1 試驗(yàn)部分

1．1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料取自云南，為高鐵低品位硫化鉛鋅混合精礦（未細(xì)磨），其化學(xué)成分見表1。XRD物相分析結(jié)果表明：礦石中的主要礦物為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦；鋅礦物為β-ZnS、菱鋅礦，鉛礦物為方鉛礦和白鉛礦；鐵全部以黃鐵礦形式存在。

表1 硫化鉛鋅混合精礦主要化學(xué)成分 %

浸出劑為硫酸（分析純，鎮(zhèn)江聯(lián)碳化工有限公司）、ZnSO4·7H2O（分析純，武漢華創(chuàng)化工有限公司）。

1．2 試驗(yàn)原理與方法

氧壓酸浸是在酸性條件下用氧氣將硫化物氧化，使形成相應(yīng)的鹽和元素硫。

ZnS的浸出反應(yīng)為

PbS的浸出反應(yīng)為

氧壓酸浸過(guò)程中，部分鐵也被浸出：

當(dāng)溫度較高而酸度較低時(shí)，F(xiàn)e2（SO4）3或FeSO4又可能發(fā)生以下反應(yīng)：

在高溫低酸條件下，溶液中的鐵發(fā)生水解反應(yīng)形成沉淀：

可見，硫化鉛鋅混合精礦氧壓酸浸的結(jié)果是鋅轉(zhuǎn)入溶液，鉛、元素硫、鐵的水解產(chǎn)物留在渣中。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2．1 氧壓對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

2．1．1 純氧（φ（O2）＞99．5%）對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出速度（150±5）℃，浸出時(shí)間120 min，攪拌速度750r／min，硫酸質(zhì)量濃度150 g／L，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．2%，氧壓對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 氧壓對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖1看出：當(dāng)氧氣壓力為0．4MPa時(shí)，鋅浸出率為40．90%，而鐵浸出率為19．57%；當(dāng)氧氣壓力升高到0．8MPa時(shí)，鐵浸出率變化不大，但鋅浸出率提高到98．09%；進(jìn)一步升高氧氣壓力到1．2MPa，鋅浸出率增大不明顯，但鐵浸出率增加到46%，為抑制鐵的浸出，確定適宜的氧壓為0．6～0．8MPa。

2．1．2 混合氣體（φ（O2）＝75%）對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，浸出溫度（150±5）℃，液固體積質(zhì)量比3∶1，硫酸質(zhì)量濃度150g／L，浸出時(shí)間90min，攪拌速度750 r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．2%，混合氣體壓力對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 混合氣體壓力對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖2看出：隨混合氣體壓力升高，鋅浸出率增大，氣體壓力升至0．8MPa以后，鋅浸出率變化不大；壓力為0．8MPa時(shí)，鐵浸出率只有18．45%，與純氧相比，低氧氣體積分?jǐn)?shù)可降低鐵浸出率。因此，確定采用混合氣體（φ（O2）＝75%）進(jìn)行浸出，壓力以0．8MPa為宜。

2．2 浸出溫度對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，硫酸質(zhì)量濃度150g／L，浸出時(shí)間90 min，攪拌速度750r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．2%，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，浸出溫度對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。可以看出：對(duì)鋅浸出而言，浸出溫度在125～130℃之間基本滿足要求；除鐵時(shí)，溫度在160～170℃下較為合適。溫度高于170℃ 后，較低的氣體壓力下升溫較為困難，而提高壓力又會(huì)使鐵浸出率升高，終酸濃度升高，因此，為保證鋅的浸出抑制鐵的浸出，溫度以160～165℃較為適宜。

圖3 浸出溫度對(duì)混合精礦酸浸的影響

2．3 硫酸初始質(zhì)量濃度對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出溫度160～165℃，浸出時(shí)間90 min，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，攪拌速度750r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．2%，硫酸質(zhì)量濃度對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 硫酸質(zhì)量濃度對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖4看出：隨硫酸質(zhì)量濃度升高，鋅、鐵浸出率升高。硫酸質(zhì)量濃度升高到150g／L時(shí)，鋅浸出率提高到97．81%，鐵浸出率提高到8．4%；硫酸質(zhì)量濃度提高到43．58g／L，浸出液中全鐵質(zhì)量濃度為2．27g／L，滿足后續(xù)工藝要求。綜合考慮，確定硫酸質(zhì)量濃度以150g／L為宜。

2．4 浸出時(shí)間對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

浸出時(shí)間從高壓釜升溫至要求溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)。硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出溫度160～165℃，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，硫酸質(zhì)量濃度150 g／L，攪拌速度750r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．2%，浸出時(shí)間對(duì) 混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出時(shí)間對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖5看出：浸出開始時(shí)，隨時(shí)間延長(zhǎng)，鋅浸出率增大，鐵浸出率變化不大，表明鐵被氧化沉淀或鐵發(fā)生水解生成鉛鐵礬，因而釋放出酸，使浸出后液的酸度增大；但浸出80min后，鋅浸出率變化不大，而鐵浸出率明顯升高，浸出后液酸度也進(jìn)一步增大，表明硫的氧化反應(yīng)加劇。綜合考慮，確定浸出時(shí)間以80min為宜。

2．5 木質(zhì)素磺酸鈉用量對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出溫度160～165℃，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，硫酸質(zhì)量濃度150 g／L，浸出時(shí)間90min，攪拌速度750r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 木質(zhì)素磺酸鈉用量對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖6看出：木質(zhì)素磺酸鈉用量對(duì)鋅、鐵浸出率影響都不大，浸出液酸度隨木質(zhì)素用量增大而增大，這可能是木質(zhì)素的有效分散作用較大，使元素硫的氧化幾率增加，造成浸出液酸度增大。合適的木質(zhì)素用量確定為0．075g（為礦石質(zhì)量的0．05%）。

2．6 硫酸鋅質(zhì)量濃度對(duì)硫化鉛鋅混合精礦酸浸的影響

在鋅精礦實(shí)際氧壓浸出過(guò)程中，浸出液用廢電積液、洗滌水等配制，其中除含有游離酸外也含有部分硫酸鋅，鋅離子濃度增大，會(huì)增大浸出液黏度，在一定程度上可能會(huì)影響鋅的氧壓浸出。

硫化鉛鋅混合精礦質(zhì)量150g，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出溫度160～165℃，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，硫酸質(zhì)量濃度150 g／L，浸出時(shí)間90min，攪拌速度750r／min，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．05%，浸出劑中鋅離子質(zhì)量濃度對(duì)混合精礦酸浸的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 浸出劑中鋅離子質(zhì)量濃度對(duì)混合精礦酸浸的影響

從圖7看出，浸出劑中鋅離子質(zhì)量濃度增大，鋅浸出率略有降低但變化不大，鐵浸出率沒有明顯變化，浸出液酸度降低明顯，這也是造成鋅、鐵浸出率降低的原因。鋅離子質(zhì)量濃度增大可能抑制元素硫的氧化，造成終酸質(zhì)量濃度降低，但總體來(lái)看，鋅離子質(zhì)量濃度基本不影響混合精礦的氧壓浸出過(guò)程和鋅浸出率。

2．7 綜合條件試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳條件為：液固體積質(zhì)量比3∶1，溫度160～165℃，浸出時(shí)間80 min，混合氣體（φ（O2）＝75%）壓力0．8MPa，攪拌速度750r／min，浸出劑硫酸質(zhì)量濃度150g／L，木質(zhì)素磺酸鈉用量為礦石質(zhì)量的0．05%，Zn2＋質(zhì)量濃度40～80g／L。在最佳條件下進(jìn)行加壓酸浸綜合試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 綜合條件下的氧壓酸浸試驗(yàn)結(jié)果 %

從表2看出，在優(yōu)化條件下進(jìn)行浸出，鋅、鐵浸出率變化不大，表明混合精礦的氧壓酸浸工藝是完全可行的。

3 結(jié)論

對(duì)硫化鉛鋅混合精礦采用氧壓酸浸工藝浸出鋅是可行的：鋅浸出率大于95%；鐵在高溫下水解留在渣中，浸出率小于10%；元素硫轉(zhuǎn)化率約為80%；鉛沉淀在渣中，可較好地實(shí)現(xiàn)鋅、鐵、鉛的分離。相比目前工業(yè)上應(yīng)用的密閉鼓風(fēng)爐工藝，該工藝能耗低，對(duì)環(huán)境影響小，符合低碳經(jīng)濟(jì)政策。

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