針鐵礦沉鐵工藝在常壓富氧直接浸出工藝中的應用

龍 雙（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南株洲 412004）

針鐵礦沉鐵工藝在常壓富氧直接浸出工藝中的應用

龍 雙
（株洲冶煉集團股份有限公司，湖南株洲 412004）

在生產實踐中通過不斷對針鐵礦沉鐵工藝進行摸索，確定了穩定運行的工藝條件：控制1＃～5＃沉鐵反應器pH值最佳范圍為：2.5～3.0、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5；氧氣用量分別為：80 m3／h、120m3／h、120m3／h、150 m3／h、150m3／h；晶種返回量為0.3倍總流量。按上述條件穩定控制，其鐵渣含鐵品位可達35%以上，沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率達到96%，系統銅的保留率達85%以上。

針鐵礦沉鐵；pH值；氧氣；晶種

濕法煉鋅中焙砂或鋅精礦通過浸出，得到含高濃度Fe3＋（或Fe2＋）的ZnSO4溶液，工藝中必須對鐵進行分離［1～3］。目前成熟的除鐵工藝有黃鈉（鉀）鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法等。黃鈉（鉀）鐵礬法應用最為廣泛，但過程中產渣量大，且渣回收利用難；赤鐵礦法對原料的綜合利用好，能回收多種有價金屬，渣利用性能較好，但過程對設備要求高，能耗高，投資大；針鐵礦法對過程pH值控制要求嚴格，較前兩種工藝難于控制，但溶液沉鐵后質量高，且產物針鐵礦可作為二次資源利用，渣量少，渣的過濾性能好［4～10］。常壓富氧直接浸出工藝是株洲冶煉集團股份有限公司建廠以來投資最高，技術最復雜、工程難度最大的項目，其工藝分為“富氧順流浸出、硫浮選、還原、預中和、針鐵礦沉鐵”五個工序，在沉鐵工藝中，通過技術人員的不斷努力與技術創新，確定了一套適合自身物料特點的控制參數，通過實踐表明，該工藝運行穩定，沉鐵后溶液中全鐵能穩定小于1 g／L，鐵渣鐵品位高達35%以上。

1 針鐵礦沉鐵過程控制條件的確定

硫化鋅精礦經過常壓富氧直接浸出后，其酸浸出溶液送還原工序通過加入硫化鋅精礦控制其溶液Fe3＋含量，再送至預中和工序，通過加入鋅焙砂調節pH值，使溶液pH值符合針鐵礦法沉鐵工藝參數要求，針鐵礦法沉鐵工序由五臺反應器串聯構成，溶液在反應器中通過加入氧氣和添加鋅焙砂或石灰乳調節pH值來沉鐵，沉鐵合格后溶液送下道工序繼續處理。

1.1 過程pH值控制的確定

pH值是針鐵礦法沉鐵的關鍵控制參數，為了確定針鐵礦沉鐵最佳過程pH值控制參數，在晶種返回量為沉鐵流量的0.4倍，沉鐵流量為150 m3／h，沉鐵5個槽氧氣量用量分別為100 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h的條件下，通過在反應器中均勻加入一定量鋅焙砂或石灰乳來控制過程不同反應pH值，考察其對鐵渣形態和含鐵品位的影響，其試驗結果見表1，表1中所有數據均為不同時間段的10組試驗數據的算術平均值。

表1 1＃～5＃反應器pH值均控制在3.5～4.0時對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表1可知，當針鐵礦沉鐵過程pH值控制在3.5～4.0時，其溶液中Fe2＋沉淀速率較快，溶液在經過第二個反應器后，Fe2＋的沉淀率即達到96%，但過程Cu2＋出現大量沉淀，不利于溶液中銅的回收，同時各反應器出口渣型為氫氧化鐵膠體而非針鐵礦型，過濾性能差，鐵渣含鐵品位偏低，僅為23.6%，故沉鐵過程pH控制宜低于4.0，為此降低沉鐵過程pH值，控制pH值處于3.0～3.5之間，其試驗結果見表2。

表2 1＃～5＃反應器pH值均控制在3.0～3.5時對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表2可知，當針鐵礦沉鐵過程pH值控制在3.0～3.5時，過程Fe2＋沉淀速度比較緩慢，且Fe3＋含量始終小于1 g／L，基本滿足針鐵礦沉淀條件，同時各反應器出口渣為晶體狀，過濾性能良好，5＃反應器出口鐵渣含鐵品位較高，為31.8%，但沉鐵過程中出現1＃反應器中Cu2＋沉淀50%左右，2＃～5＃反應器中Cu2＋濃度基本不變。為此降低沉鐵1＃反應器過程pH值在2.5～3.0，其它反應器pH值維持不變，其試驗結果見表3。

表3 1＃反應器pH值控制2.5～3.0，2＃～5＃反應器pH控制3.0～3.5時對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表3可知，當下調1＃反應器沉鐵過程pH值2.5～3.0時，整個過程Cu2＋保留率可達到85%以上，且沉鐵5＃反應器出口溶液質量高，渣過濾性能好，鐵渣含鐵品位達到32.4%。為進一步摸索pH值對針鐵礦沉鐵過程的影響，繼續下調各反應器pH值，將1＃～5＃反應器pH值均按2.5～3.0控制，其試驗結果見表4。

表4 1＃～5＃反應器pH值控制在2.5～3.0時對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表4可知，沉鐵1＃～5＃pH值按2.5～3.0控制后，系統銅保留率高達95%，各反應器出口渣易過濾，5＃反應器出口鐵渣品位為32.1%，但沉鐵后液中Fe2＋含量偏高，大于1 g／L，影響后續工藝中Fe的控制。

綜上所述，針鐵礦沉鐵過程pH值最佳控制范圍為：1＃反應器2.5～3.0，2＃～5＃反應器3.0～3.5。

1.2 過程氧氣用量的確定

預中和后液中的鐵主要以Fe2＋形式存在，沉鐵過程中形成針鐵礦必須先將溶液中Fe2＋緩慢氧化為Fe3＋后再形成FeOOH（針鐵礦）晶體，其過程氧化速度太快，將導致溶液中Fe3＋濃度偏高，產生大量Fe（OH）3（氫氧化鐵膠體）絮狀沉淀，不利于針鐵礦形成，同時也影響渣的過濾性能，氧化速度太慢，Fe2＋未沉淀完全，沉鐵后液中Fe2＋含量偏高，不利于后續工序穩定控制。

在晶種返回量為沉鐵流量的0.4倍，沉鐵流量為150 m3／h，沉鐵1＃反應器pH值控制在2.5～3.0，沉鐵2＃～5＃反應器pH值控制3.0～3.5的條件下，在1＃～5＃反應器氧氣用量100 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h、150 m3／h的基礎上，通過調節1＃～3＃反應器氧氣用量（針鐵礦沉鐵基本大部分1＃～3＃反應器中進行，4＃～5＃反應器中氧氣基本過量加入，確保沉鐵后液質量），考察其對鐵渣形態和含鐵品位的影響，其試驗結果見表5。

表5 增加1＃反應器氧氣用量對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表5可知，在其它反應器中氧氣用量不變的條件下，增加1＃反應器的氧氣量，不利于針鐵礦沉鐵，各反應器出口渣呈膠體狀，過濾性能差，5＃反應器出口鐵渣含鐵品位僅為27.4%，為此降低1＃反應器的氧氣量，其試驗結果見表6。

表6 降低1＃反應器氧氣用量對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表6可知，在其它反應器中氧氣用量不變的條件下，降低1＃反應器的氧氣量，有利于針鐵礦沉鐵，各反應器出口渣呈晶體狀，過濾性能好，5＃反應器出口鐵渣品位高達32.9%，為此確定1＃反應器的氧氣量控制在80 m3／h左右，繼續降低2＃反應器的氧氣量，其試驗結果見表7和表8。

表7 降低2＃反應器氧氣用量對針鐵礦沉鐵過程的影響

表8 繼續降低2＃反應器氧氣用量對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表7和表8可知，降低2＃反應器的氧氣用量，對針鐵礦沉鐵的渣過濾性能和含鐵品位影響不大，但從5＃反應器出口溶液Fe2＋含量來看，2＃反應器的氧氣用量不宜過低，為此確定2＃反應器的氧氣用量控制在120 m3／h左右，同時繼續下調3＃反應器的氧氣用量為120 m3／h左右，其試驗結果見表9。

表9 降低3＃反應器氧氣用量對針鐵礦沉鐵過程的影響

從表9可知，降低3＃反應器的氧氣用量，提高了針鐵礦沉鐵的渣品位，5＃反應器出口渣含Fe高達35.8%，但從5＃反應器出口溶液Fe2＋含量來看，3＃反應器的氧氣用量不宜再降低，為此確定3＃反應器的氧氣用量控制在120 m3／h左右。

綜上所述，針鐵礦沉鐵過程中1＃～5＃反應器氧氣用量分別為80 m3／h、120 m3／h、120 m3／h、150 m3／h、150 m3／h。

1.3 晶種返回流量的確定

晶種返回在針鐵礦沉鐵過程中發揮了重要的作用。工業生產中將沉鐵濃密機底流部分返回作為晶種，在其它條件不變的情況下，通過調整晶種返回量流量，考察期對5＃反應器出口溶液含鐵、鐵渣含鐵品位和鐵渣含鋅品位的影響，其試驗結果見表10。

表10 晶種返回量與溶液鐵含量、鐵渣含鋅、鐵渣含鐵的關系

從表10可知，加大過程晶種返回量，鐵渣中未被充分利用的中和劑會再次被利用，從而降低鐵渣中鋅含量，提高了鐵渣品位，但當返回量超過總流量的1／2時，系統含固明顯增加，影響傳質過程，溶液殘鐵量也明顯增加，故考慮到系統渣平衡，在不影響沉鐵質量的情況下確定了最小的晶種返回量為0.3倍總流量。

2 主要技術經濟指標

針鐵礦沉鐵工藝各項控制條件確定后，實施后一年來各項參數及指標月平均值與實施前一年月平均值對比見表11。

表11 工藝參數優化前后各項參數及指標月平均值與實施前月平均值對比

從表11可知，前后生產情況的變化主要體現在以下三個方面：

1.沉鐵渣品位上升幅度高達34.3%，在相同鋅精礦投入量的生產條件下，鐵渣量減量幅度達68.6%，有效降低了渣處理成本。

2.鐵渣含鋅量降低，降低幅度達33.37%，減少了鋅的損失。銅在沉鐵過程的保留率提高24.12%，提高了系統銅的回收率。

3.沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率由77%提升至96.87%，提高幅度達19.87%，整個沉鐵工藝實現了長周期穩定運行。

3 結 論

在針鐵礦沉鐵工序中分別控制1＃～5＃反應器pH值最佳范圍為：12.5～3.0、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5、3.0～3.5；氧氣用量分別為：80 m3／h、120 m3／h、120 m3／h、150 m3／h、150 m3／h；晶種返回量為0.3倍總流量時，鐵渣含鐵品位可達35%以上，沉鐵后液含鐵小于1 g／L，合格率達到96%，系統銅的保留率達85%以上。經生產實踐表明，該工藝具有技術含量高、成熟可靠、鐵渣含鐵品位高、生產運行穩定等顯著特點。

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The Industrial Application of Goethite in Atmospheric Oxygen Enriched Direct Leaching Project

LONG Shuang
（Zhuzhou Smelting Group Co．，Ltd．，Zhuzhou 412004，China）

In the practice，through the continuous production of goethite iron sink technology for exploration to determine the conditions of stable operation：Control1＃～5＃optimum reactor pH value range 2.5～3.0，3.0～3.5，3.0～3.5，3.0～3.5，3.0～3.5；The amount of oxygen are 80 m3／h，120 m3／h，120 m3／h，150 m3／h，150 m3／h；Seed return amount is 0.3 times the total flow.According to the above conditions，the iron cake grade achieves to above 35%，the heavy iron liquid iron is less than 1 g／L pass rate of 96%，the retention rate of copper in the system is up to 85%.

goethite；pH value；oxygen；seed

TF803.2＋1

A

1003－5540（2016）02－0029－04

2016－02－27

龍 雙（1984－），男，工程師，主要從事冶煉生產及技術管理工作。