濕法煉鋅中鋅鐵分離方法與運用探討

滕年高

中金嶺南丹霞冶煉廠 廣東 韶關 512300

一、前言

隨著資源的不斷開發利用,高鐵復合鋅精礦已成為鋅冶煉的主要原料。雜質的分離,特別是鐵的分離存在許多問題。目前,85%以上的鋅冶煉廠采用濕法冶煉工藝。該工藝主要包括常規渣浸揮發法、熱酸浸出法、熱酸浸出法、氧針鐵礦壓力浸出法、還原浸出法、赤鐵礦浸出法等。

二、常規浸出—渣揮發法

常規濕法煉鋅工藝是指將鋅精礦流態化焙燒脫硫而得到的焙燒鋅礦。對于含鐵量高的物料,鐵幾乎在中性浸出和弱酸性浸出中浸出,并以鐵酸鋅的形式殘留在浸出渣中。浸出渣的揮發過程實際上就是鋅、鐵的分離過程,鋅以氧化鋅煙的形式富集回收,鐵則以氧化鐵的形式保留在渣中[1]。

渣揮發法的主要優點如下：1)工藝相對成熟,工藝短,操作簡單,原材料可以穩定獲取,對原料的適應性強；2)鋅與鐵完全分離,渣中鋅含量低。

渣揮發法的主要缺點是：1)綜合能耗高,運行成本高；2)渣含鐵量低,不能直接用于煉鋼廠,需進行二次處理；3)銦、銀、銅等貴金屬回收率低；4)作業環境不理想,廢渣難以歸類為無害渣,環保堆放風險高。

三、熱酸浸出法

熱浸出工藝的實質是將傳統的浸渣(即弱酸浸渣)用高溫高酸浸出,溶解鐵氧體、鋅等化合物,極大地提高了金屬回收率。鋅、鐵、銅、銦進入溶液,鉛、銀、錫等金屬富集在渣中。如果原料是高鐵鋅精礦,溶液中的鐵含量很高,大部分為三價鐵。若采用傳統中和水除鐵,會形成大量的氫氧化鐵,無法濃縮過濾。目前,從高鐵溶液中析出鐵的有效方法主要有黃鐵礦法和赤鐵礦法。

常壓下,溫度90-95℃,p H 1.0-1.5,時間3-5h,加入堿金屬離子或銨離子,鐵離子可在熱酸浸液中析出三價鐵離子。該化合物的化學組成和結構與天然黃鐵礦和黃鐵礦相似[2]。它是一種菱形晶體,易于沉淀和過濾。這種除鐵方法叫做黃鐵礦法。

由于黃鐵礦晶體形成緩慢,為了縮短黃鐵礦的誘導期,大大縮短黃鐵礦的沉淀時間,提高鐵的去除率,生產中通常會有部分黃鐵礦渣以晶芽的形式返出。采用黃鐵礦法除鐵。鐵含量為90% ～95%,剩余的1～2g鐵在中性浸出過程中通過中和水解去除。為了使鐵礦石懸浮液的p H值保持在1.0～1.5之間,并使反應繼續進行,必須加入中和劑,中和鐵沉淀過程中水解產生的酸。生產中通常添加焙燒礦,但焙燒礦的p H值為1.0。在～1.5條件下,焙燒礦石中貴金屬的浸出率較低,鐵酸渣中的鋅含量為4% ～6%。有必要進一步回收鋅等貴金屬。

為了減少硫酸渣中鋅、鉛、銀、銅、銦等貴金屬的損失,改善硫酸渣的環境污染,開發了這個方法。也就是說,在黃鉀鐵礬沉淀前要調整溶液組成,在沉淀過程中不添加中和劑也能達到理想的除鐵效果,減少污染的產生。這可以通過在低溫下預中和或使用上清液作為稀釋劑來實現[3]。

黃鐵礦工藝的主要優點是：1)工藝成熟可靠,工藝簡單,操作控制方便,投資相對較??；2)黃鉀鐵礬渣能去除部分硫酸鹽自由基,有利于維持酸性自由基的平衡；3)結果表明：黃鉀鐵礬渣中正離子含量較少,堿試劑用量較少；4)黃鐵礦法釋酸量較少,p H控制較低,中和劑用量較少。

黃鐵礦法的主要缺點是：1)渣量大,渣中含鐵量為25%-30%,使用不便,渣貯存性能差,不利于環保。

四、熱酸浸出/氧壓浸出—針鐵礦法

針鐵礦沉淀法是用還原劑還原二價溶液中的鐵離子,用熱酸或氧壓浸出,然后在p H值3.0～4.5、溫度85～90℃、時間3～5h下還原。它在空氣中被緩慢氧化,加入結晶后沉淀。20世紀70年代,澳大利亞電鋅公司開發了一種以針鐵礦為基礎的新方法。反應體系中的鐵離子濃度始終小于1G/L,不斷加入中和劑以保持溶液體系的穩定性。溶液p H值為3.0-4.5,使Fe3+沉淀成針鐵礦。

針鐵礦法的主要優點如下：1)針鐵礦具有良好的沉淀和結晶條件,易沉淀和過濾；2)與黃鐵礦法相比,不需要堿性試劑,渣含量相對較小,渣中鐵含量相對較高。同時,鐵能有效吸附和去除溶液中的砷、銻、氟、氯等有害雜質元素,氟的去除率達60%以上,有利于電解的穩定運行[4]。

針鐵礦工藝的主要缺點如下：1)需增加還原工藝,蒸汽消耗高,生產成本高；還原渣鋅、硫含量高,需回焙燒爐處理；2)還原工藝需要改進,蒸汽消耗高,生產成本高；2)在鐵沉淀過程中加入分解爐作為中和劑。結果表明：針鐵礦渣鋅含量高,需要二次揮發處理,工藝流程長；(3)鐵沉淀過程中p H難以嚴格控制；(4)鐵含量大于10%的鋅精礦不宜處理。原材料的適應性較差。

五、還原浸出—赤鐵礦法

還原浸出法是目前比較好用的一個方法,最早是日本某家公司發明的,后來這項工藝逐漸發揚起來。

赤鐵礦法的主要優點是：1)可作為煉鐵原料銷售,不需儲存,實現鐵渣的安全、還原和資源化利用；2)鋅及伴生貴金屬回收率高；3)赤鐵礦有較好的沉淀結晶形態,具有粒度較粗、液固分離性能好等優點；4)運行成本低,經濟效益明顯；5)原材料適應性強,可采用不同鐵牌號的鋅資源進行加工。

赤鐵礦法的主要缺點是：1)高壓釜設備材料特殊,建設投資大,維護成本高,蒸汽消耗大；2)高溫高壓,強氧化氣氛和復雜的工作條件。

六、結束語

渣揮發法、黃鐵礦法和針鐵礦法均能取得較好的鋅、鐵分離效果,但都存在回收率低、能耗高、無法利用鐵渣資源的問題。低碳經濟和綠色環保的高標準要求鋅冶煉渣的減量、安全性和資源化利用。赤鐵礦法不僅達到了鋅鐵分離的目的,而且實現了鋅精礦鐵資源的利用,解決了鐵渣的儲存問題,符合國家生態文明建設的發展理念。此外,在貴金屬回收率、經濟效益和社會效益、市場競爭力等方面具有明顯優勢。隨著優質鋅資源的逐步消耗,預計赤鐵礦鑄鐵技術將逐步應用于工業,閃鋅礦加工的技術、環境和經濟效益將逐步顯現。