常壓富氧浸出技術在氧化鋅高酸浸出中的研究與應用

甄 勇

（四川四環鋅鍺科技有限公司，四川 雅安 625400）

1 背景

還原揮發法是目前廣泛應用的鋅浸渣處理工藝[1]，隨著加壓浸出技術的推廣應用，鋅、鍺的回收方法還包括含鍺鋅精礦的直接氧壓浸出[2，3]。為回收氧化鋅中的有價金屬鋅、鍺，我公司采用常規兩段酸浸、沉鍺、除鐵、凈化及電解的工藝。由于受回轉窯設備、工藝及窯況等因素影響，產出的氧化鋅含鋅只有30%～40%，而含硫達8%～15%，其中殘硫達3%～8%，導致兩段浸出后的鉛渣含鋅達12%～16%，鋅回收率不足80%，高鋅鉛渣不宜外售，堆存造成大量的資金積壓。

2 實驗

（1）原料。分析認為鉛渣中的鋅主要為硫化鋅，硫化鋅需要在氧化條件下才能被硫酸浸出，因此實驗室采用低浸渣作原料，電解廢液做浸出劑，開展了各類實驗。實驗用低浸渣及電解廢液均來自生產，其化學成分如表1、表2所示。

表1 低浸渣主要化學成分

表2 電解廢液主要化學成分

（2）實驗方法。稱取一定量的低浸渣，按液固比量取廢液，低浸渣及廢液均加入燒杯中（通氧實驗在3L反應釜內進行），用玻璃棒攪拌至低浸渣均勻分散，然后將燒杯置于恒溫水浴鍋內水浴加熱攪拌。攪拌速率固定不變，溫度升至所需溫度后，加入各類氧化劑，開始計時。實驗結束后，用真空泵過濾得到濾液和濾渣。用量筒計量濾液體積，取樣送分析，浸出渣經過洗滌過濾后，置于真空干燥箱烘箱中，在75℃條件下恒溫12小時烘干，稱重記錄渣重，計算渣率，取樣送分析。鋅的檢測采用EDTA滴定法。

3 結果與討論

（1）氧化劑。控制液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h～8h，考察不同氧化劑對鉛渣含鋅的影響，實驗結果如表3所示。從表3中可知：不加氧化劑，即使反應時間延長至8小時，鉛渣含鋅依然高達15%左右；以雙氧水作為氧化劑，由于反應溫度較高易導致雙氧水分解，且雙氧水加在漿液表面，雙氧水利用率低，雙氧水耗量大，另外雙氧水的加入會導致體積膨脹，工業生產不能實現；以錳粉為氧化劑，耗量較大，且工業生產長期加入會導致系統錳離子失衡；以過硫酸銨為氧化劑，由于過硫酸銨分子量大，耗量較大，且銨根離子的加入會惡化生產環境；以氧氣為氧化劑，加壓情況下反應2個小時，鉛渣含鋅就降至2%～3%，常壓情況下反應4個小時，鉛渣含鋅也降至5%以下。

表3 不同氧化劑實驗結果

（2）氧氣流量。采用3L反應釜作為實驗設備，控制液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h，常壓實驗條件下，考察氧氣流量對鉛渣含鋅的影響，實驗結果表明，隨著氧氣流量的增加，鉛渣含鋅呈明顯下降趨勢，當氧氣流量達到200L/min時，鉛渣含鋅已經降至5%以下，繼續增大氧氣流量，鉛渣含鋅降低趨勢逐漸變緩。因此，氧氣流量選擇200L/min。

（3）液固比。采用3L反應釜作為實驗設備，控制氧氣流量200L/min，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h，常壓實驗條件下，考察液固比對鉛渣含鋅的影響，實驗結果表明，隨著液固比的增加，鉛渣含鋅呈明顯下降趨勢，當液固比為4mL/g時，鉛渣含鋅已經降至5%以下，繼續增大液固比，鉛渣含鋅繼續降低。生產上考慮到排渣及供液需求，液固比不可能太大，因此液固比選擇4mL/g。

（4）反應溫度。采用3L反應釜作為實驗設備，控制氧氣流量200L/min，液固比4:1，反應時間3h，常壓實驗條件下，考察反應溫度對鉛渣含鋅的影響，實驗結果表明，隨著反應溫度的升高，反應活性增加，鉛渣含鋅呈明顯下降趨勢，當溫度達到80℃時，鉛渣含鋅已經降至5%以下，繼續升高反應溫度，鉛渣含鋅變化不大。生產上考慮到蒸汽供應及節能降耗等因素，反應溫度選擇85℃～90℃。

（5）反應時間。采用3L反應釜作為實驗設備，控制氧氣流量200L/min，液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，常壓實驗條件下，考察反應時間對鉛渣含鋅的影響，實驗結果如圖1所示。可以看出，隨著反應反應時間的延長，鉛渣含鋅呈明顯下降趨勢，當溫度達到3h時，鉛渣含鋅已經降至5%以下，繼續延長反應時間，鉛渣含鋅呈小幅度降低趨勢，生產上考慮到排渣及供液需求，反應時間不能太長，因此反應時間選擇3h～4h。

圖1 反應時間對鉛渣含鋅的影響

（6）始酸、終酸。采用3L反應釜作為實驗設備，控制氧氣流量200L/min，液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h，常壓實驗條件下，考察始酸、終酸對鉛渣含鋅的影響，實驗結果如表4所示。

表4 始酸、終酸對鉛渣含鋅的影響

從表4可以看出，始酸、終酸對鉛渣含鋅影響不大，酸度降低約25g/L～40g/L，而廢液含酸一般為140g/L～170g/L，酸度可保證，即始酸、終酸不是只要影響因素。

綜上，通過小實驗得出最優高酸浸出條件為常壓浸出，氧氣流量200L/min，液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h，鉛渣含鋅可保證在5%以下。

4 工業實踐

（1）半工業化實驗。采用50m3反應罐作為半工業實驗設備，購買安裝了50m3/h氧氣站，并自制了布氧器，氧氣從罐底加入，控制液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，常壓條件下，實驗結果如表5所示。

表5 半工業化實驗結果

半工業化實驗過程中，當反應進行到0.5h時，反應罐內開始出現大量泡沫渣，為防止泡沫渣溢出，不得已降低了氧氣流量。分析認為泡沫渣的出現，是由于各類硫化物，在通氧過程中被氧氣浮選至罐面，但隨著時間的延長又逐漸被氧化。隨著反應時間的延長，鉛渣含鋅逐漸降低，如表5所示。

（2）生產實踐。上述半工業化實驗暴露了泡沫渣量大、泡沫渣存在時間長、泡沫渣含鋅高等問題，為提高氧氣流量，提高氧氣利用率，縮短反應時間，提高作業效率，生產上主要做了如下改進：①對各反應罐的溢流口進行了改造，便于泡沫渣的流出，增加了泡沫渣溜槽及泡沫收集罐，專門收集泡沫渣，便于提高氧氣流量，然后對泡沫渣再進行單獨浸出。②按照生產需求，訂購了氧氣站及中空通氧攪拌器，并對折流板進行了升級改造，使氧氣分布更加均勻，提高了氧氣利用率。③新建了4個“瘦高型”柱狀反應罐，延長了氧氣在罐內的停留時間。

經過以上改造，常壓富氧浸出技術在氧化鋅的高酸浸出工段應用后，鉛渣含鋅從12%～16%降低至3%～5%，鋅回收率從不足80%提高至90%～93%，改造前后各項經濟指標對比如表6所示。

表6 改造前后各技術指標對比

5 結論

（1）最優高酸浸出條件為常壓浸出，氧氣流量200L/min，液固比4:1，反應溫度85℃～90℃，反應時間3h，鉛渣含鋅可保證在5%以下。

（2）以氧氣作為氧化劑的常壓富氧浸出工藝，在氧化鋅高酸浸出工段應用實踐后，鉛渣含鋅從12%～16%降至3%～5%，鋅回收率從不足80%提高至90%～93%。

（3）常壓富氧浸出技術具有不引入雜質，不膨脹體積，常壓下易操作，成本低廉等優點，具有較高工業應用價值。