新疆某高硅鋅焙砂酸浸工藝優化

王志軍，蘇立峰，劉三平

（1.新疆和田廣匯鋅業有限公司，新疆 和田 848000；2.北京礦冶研究總院，北京 100160）

新疆某鉛鋅冶煉廠的自產鋅精礦具有含鋅高、含鐵低、雜質含量低等特點，目前主要在市場上外售。根據公司規劃，擬在礦山附近新建10萬t/a鋅冶煉廠，形成完整的采選冶生產系統。本文根據該廠鋅精礦的特點，以及新疆所處地理環境和周邊工業發展現狀，以鋅焙砂為切入點，對常規酸浸工藝進行比較優化[1]。

1 原料性質

鋅焙砂的化學分析結果分別如表1、表2、表3和表4所示。

表1 鋅焙砂化學多元素分析（一）

表2 鋅焙砂化學多元素分析（二）

表3 鋅焙砂化學多元素分析（三）

表4 鋅焙砂化學多元素分析（四）

從以上四個表中的分析數據可知，鋅焙砂含Zn 67.26%，含S 0.17%，含Fe 1.86%，含SiO28.91%。焙砂中 Cu、Cd、Ni、Co、Pb、Ga、Ge、In 等有價元素含量低，綜合回收價值偏低。

2 試驗原理

2.1 浸出反應

鋅焙砂的主要成分為ZnO，其中的主要雜質有氧化銅、氧化鐵、硫化鋅及部分難溶的鐵酸鹽ZnO·Fe2O3等。雜質的存在使浸出過程變得更加復雜，當用硫酸浸出時，其主要反應為：

此外，還會發生下列反應：

2.2 硫酸濃度對浸出反應的影響

上述反應中，反應（1）和反應（5）較易進行，反應（2）、反應（3）和反應（6）則較難，這些可根據反應物在酸性水溶液中的溶解pH值來進行比較。參加反應的各種金屬氧化物和硫化物的溶解pH值如表5所示，其計算公式為：入溶液，造成鋅浸出率低。為了獲得較高的浸出率，應設法保持較高的酸濃度。

表5 有關物質在酸性水溶液中溶解的值

表5 有關物質在酸性水溶液中溶解的值

物質 pH0 298 pH0 373 pH0 473 ZnO 5.801 4.347 2.88 CuO 3.945 3.549 1.78 ZnO·Fe2O3 0.674 7 -0.152 4 --Fe2O3 -0.24 -0.991 -1.579 ZnS -1.586 -- --CuS -7.088 -- --

式中，K為溶解平衡常數；m為酸的H+數。

由表5可以看出，ZnO和CuO較易溶，其他則較難溶，隨著溫度的升高，溶解pH值均降低。反應（7）表面上看與酸度無關，但依賴于Fe2（SO4）3的濃度，而Fe2（SO4）3的濃度取決于反應（3）和反應（6）的進行情況，從而也取決于酸度，可見，酸濃度低時難以溶解鐵酸鋅[2-3]，也難以使ZnS轉化為鋅離子進

3 試驗方法

兩種酸浸試驗方案如下：中性浸出—常規低酸浸出—高酸浸出；中性浸出—調整后低酸浸出—高酸浸出。

浸出試驗前，預先配制浸出用溶液，之后將浸出劑加入燒杯中，開啟攪拌，水浴升溫。當溫度升至設定值時，開始緩慢加入鋅焙砂，加完后開始計時。試驗中準確控制反應溫度，可少量補水，維持體積基本不變。

反應結束后，經固液分離，溶液、渣分別分析。Zn2+用EDTA絡合滴定法分析，硫酸、EDTA等化學試劑均為分析純。

4 試驗結果與討論

4.1 中性浸出試驗結果與討論

在浸出液固比為10，浸出溫度75℃，浸出時間3 h，初始硫酸濃度87 g/L，初始Zn2+濃度82 g/L，初始Fe2+濃度1 g/L，初始Mn4+濃度6 g/L的條件下，進行多組中性浸出試驗。中浸試驗結果如表6所示。

中性浸出試驗結果表明，中浸試驗結果穩定，平均渣率為31.23%，平均渣含Zn為31.75%，平均中浸浸出率為85.23%。中性浸出液、渣的主要成分分別如表7、表8所示。

表6 中浸試驗結果

表7 中性浸出液主要成分

表8 中性浸出渣主要成分

4.2 中性浸出—常規低酸浸出—高酸浸出

在浸出液固比為4.17，浸出溫度75～80℃，浸出時間3 h，初始硫酸濃度90 g/L，初始Zn2+濃度100 g/L的常規低酸浸出條件下，得到的相關試驗結果如表9所示。

表9 常規滴酸浸出試驗結果

常規低酸浸出試驗結果表明，低浸平均渣率為63.01%，平均渣含Zn為9.92%，平均浸出率為79.42%。經過中浸、常規低酸浸出兩段浸出后，平均渣率為18.57%，平均Zn浸出率為97.27%。焙砂經過中浸、常規低酸浸出之后，總Zn浸出率達97.27%，渣含Zn品位降至9.92%，為進一步提高總Zn浸出率，需要對低浸渣繼續進行高酸浸出。

在浸出液固比為5，浸出溫度95℃，浸出時間3 h，初始硫酸濃度180 g/L，初始Zn2+濃度50 g/L的高酸浸出條件下，得到的相關試驗結果如表10所示。

經過中浸、調整后低酸兩段浸出后，平均渣率為15.95%，平均Zn浸出率為97.87%。同時，低酸浸出終點酸度的提高，避免了浸出中硅過多的以硅膠形態存在于溶液中，從而改善了低酸浸出后礦漿的過濾性能，保證了后續工序的正常進行。焙砂經過中浸、調整后低酸浸出之后，總Zn浸出率達97.87%，渣含Zn品位降至8.99%，需要對低浸渣繼續進行高酸浸出。

試驗條件除液固比調整為5.1外，其他與常規高酸浸出一致。相關試驗結果如表12所示。

表10 中性浸出—常規低酸浸出—高酸浸出試驗結果

從表10的數據可知，平均高浸渣率為68.64%，平均高浸渣含Zn品位4.35%，平均渣計浸出率為68.50%。平均三段總渣率為12.60%，總浸出率達99.19%。

4.3 中性浸出—調整后低酸浸出—高酸浸出

常規低酸浸出后，礦漿過濾性能差，影響后續工序的正常進行。為改善礦漿過濾性能，對常規低酸浸出工藝進行優化調整。調整后的低酸浸出條件為：液固比4.44，浸出溫度80℃，浸出時間3 h，始酸濃度115 g/L，初始Zn2+濃度100 g/L，初始Fe2+濃度12 g/L。在此條件下，得到的相關試驗結果如表11所示。

從表11的試驗結果可以看出，提高終點酸度后，低酸浸出平均渣率為49.87%，平均渣含Zn為8.99%，平均浸出率為85.84%。

表11 調整后的低酸浸出試驗結果

表12 低酸浸出調整后的高酸浸出試驗結果

從表12數據可知，低酸浸出調整后，高酸浸出平均渣率為73.51%，平均高浸渣含Zn品位3.94%，平均渣計浸出率為67.47%，平均三段總渣率為12.08%，總浸出率達99.30%，符合試驗預期。

5 結論

調整低酸浸出終酸至30 g/L后，低酸浸出礦漿過濾性能得以改善，有利于后續工藝進行。焙砂經過三段浸出，總渣率為12.08%，渣含Zn為3.94%，總Zn浸出率為99.30%，達到試驗預期。

1 天津化工研究院.無機鹽工業手冊[M].北京：化學工業出版社，1996.

2 韋勇法，陳福貴，韋國鵬.鋅焙砂制活性氧化鋅工藝試驗[J].無機鹽工業，1991（2）：21-26.

3 劉慧納.化學選礦[M].北京：冶金工業出版社，1995.