高鐵高硅鋅渣處理試驗研究

蘇瑞春

（云南錫業集團有限責任公司研究設計院，云南 個舊 661000）

在鋅的生產和消耗過程中，有大量的含鋅工業廢渣產生，由于鋅礦資源日益減少而鋅消耗量的不斷增加，國內外對從工業廢渣中的提鋅技術越來越重視[1]。提鋅技術主要有火法和濕法兩種處理工藝[1，2]，火法工藝能耗高，工藝較為復雜，投資大，而濕法對于低品位、小規模的物料，生產成本低，工藝相對簡單。某鉛鋅冶煉廠產出的鋅渣含鋅16%左右，但含硅、鐵高，本文采用氧壓硫酸浸出的方法處理高鐵高硅鋅渣，考察了初始濃度、液固比和浸出溫度等因素對鋅、鐵浸出率的影響，為該類物料的處理提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

礦物組成分析

形狀為燒結大塊物料含鋅廢渣，經破碎磨礦過200目篩處理，取樣分析，其分析結果見表1。

表1 鋅渣主要化學成分 單位：%

從表1可以看出，廢料主要含有約16%鋅、26%鐵和20%的二氧化硅，鉛、鈣含量約4%。

1.2 工藝原理

廢渣中的鋅主要以ZnO、ZnO·Fe2O3和2ZnO·SiO3形式存在，鐵主要以Fe2O3、Fe3O4和FeO·SiO2等形式存在，它們在硫酸中反應如下：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O

Fe2O3+3 H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

Fe3O4在稀硫酸溶液中不溶出，但在濃硫酸中部分溶出。

ZnO·Fe2O3屬于難溶的鋅物質，在低酸條件下基本不溶出，高酸沸騰條件下部分溶出。

硅酸鋅和硅酸鐵在浸出時能夠溶解[3，4]，但在反應過程中易形成膠狀的硅酸，呈半固體狀態失去流動性，影響礦漿的沉降和過濾。提高反應溫度和壓力，浸出過程生成的硅酸在高溫高壓的條件下可轉變為容易過濾的脫水SiO2進入渣中，解決礦漿難過濾的問題。

圖1 Fe2O3-SO3-H2O系平衡狀態圖[5]

提高溫度和壓力，根據在75℃～200℃下鐵和硫酸的濃度小于100g/l的Fe2O3-SO3-H2O系平衡狀態圖1看出，在高價鐵溶液中，相應的Fe2(SO4)3濃度可能形成不同組分的化合物，稀的溶液中（Fe3+＜1g/l）形成針鐵礦，較濃的溶液中（Fe3+＞20g/l）形成H3O[Fe3(SO4)2(OH)6]水合氫黃鐵礬，在175℃～200℃高溫下隨著鐵濃度的變化而生成不同的化合物，三價鐵濃度較低時形成Fe2O3赤鐵礦，三價鐵濃度較高時形成Fe2O3·2SO3·H2O或FeSO4OH（鐵的羥基硫酸鹽），溶液溫度由100℃提高到200℃可使鐵在高酸性介質中沉出。

本次試驗目的就是提高浸出溫度，在氧化氣氛下反應產生的二價鐵被氧化為三價鐵，溶液中的硫酸鐵又形成易于過濾的水合氫黃鐵礬入渣，降低溶液中的鐵含量，同時沉鐵時釋放出硫酸進一步與鋅、鐵氧化物、硅酸鹽發生反應，并且常壓低酸下難溶的鐵酸鋅，在高溫高壓下被酸大量溶解。因此提高浸出溫度，可將大量鐵以氧化鐵和鐵礬的形式沉淀入渣，減少用于浸出鐵氧化物的硫酸，同時可浸出常壓條件下難以浸出的鐵酸鋅，從而提高鋅的浸出率。

1.3 實驗設備

主要設備：2L壓力釜、燒杯、攪拌器等。

2 實驗過程及討論

2.1 初始酸度試驗

在氧壓浸出的情況下，分別進行初始酸濃度120g/l、150g/l、220g/l和245g/l的試驗，初始酸度與鋅鐵浸出率的關系見圖2。

圖2 初始酸度與鋅、鐵浸出率的關系

圖3 液固比與鋅、鐵浸出率的關系

從圖2可以看出，浸出液中鐵隨著初始酸度的增大而提高，鋅浸出率也隨初始酸度的提高而提高，但初始酸度150g/l時，鋅浸出率就達到91%以上，再提高初始酸度，鋅浸出率提高幅度不大，初始酸度245g/l時，鋅浸出率雖有所提高，但鐵也大部分浸出，不利于后續工序的處理，綜上所述，選擇初始酸度150g/l較佳。

2.2 液固比試驗

在氧壓浸出的情況下，分別進行了液固比3：1、4：1和5:1的試驗，液固比與鋅鐵浸出率的關系見圖3。

從圖3可以看出，降低液固比，浸出液中的鋅鐵含量有所升高，雖然反應時的初始酸度和反應后的終酸基本一致，但是液固比3：1時鋅已大量浸出，又以硫酸鋅的形式結晶在渣中，渣不進行洗滌鋅含量達到5.24%，以液固比5：1進行渣洗滌，渣中鋅可降至1.56%，考慮到水系膨脹，較佳的液固比為5：1。

2.3 反應溫度試驗

在氧壓浸出的情況下，分別進行反應溫度95℃，120℃和150℃的試驗，反應溫度與鋅鐵浸出率的關系見圖4。

從圖4可以看出，浸出液中鋅、鐵含量隨反應溫度的升高而增加，游離酸隨反應溫度的升高而降低，鋅浸出率隨反應溫度的升高而有所提高，考慮到在保證鋅浸出率時，浸出液中的殘酸較低，減輕后續凈化處理負擔，應選擇浸出溫度150℃較佳。

圖4 反應溫度與鋅、鐵浸出率的關系

3 結論

采用氧壓酸浸強化冶金技術處理高鐵硅鋅渣，較佳的工藝參數為液固比5：1，初始酸度150g/l，反應溫度150℃，鋅浸出率可達90%以上，鐵浸出率為20%左右。