高铁锌焙砂浸出过程影响因素研究_王之宇.pdf

高铁锌焙砂浸出过程影响因素研究王之宇 1,2，郭家林 1,2，何悦 1（1.商洛学院 化学工程与现代材料学院，陕西商洛726000；2.陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西商洛726000）摘要：高铁锌焙砂在浸出 Zn 的同时 Fe 也被大量浸出，对后续生产造成影响。针对这一问题，以陕西某公司高铁锌焙砂为研究对象，通过对初始酸度、浸出温度、固液比等进行研究，分析 Zn 和 Fe 浸出率的影响因素，对浸出工艺进行优化，以达到提高 Zn 的浸出率，降低 Fe 的浸出率的目的。结果表明，在硫酸浓度不同的浸出体系中，温度对焙砂中 Zn 和 Fe 浸出率的影响程度不同。当硫酸用量不足时，温度对 Zn 和 Fe 的浸出无明显影响，当硫酸过量时，温度会影响 Zn 和 Fe 的浸出，对 Fe 的影响尤为明显。初始酸度 90 g/L、浸出温度60、固液比 101、搅拌速度 600 r/min 为较为理想的浸出条件。关键词：高铁锌焙砂；湿法炼锌；浸出工艺doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.02.003中图分类号:TD951 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）02001304 锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝，我国作为锌产量与锌消费的全球第一大国1，目前面临日益严重的锌资源短缺问题2。锌资源不足已成为阻碍我国炼锌行业可持续发展的重要因素3，低品位氧化锌矿和高铁闪锌矿逐渐成为锌冶炼行业的主要原料，因此，发展新工艺提高资源综合利用率变得尤为重要4-6。目前，在采用常规浸出工艺的湿法炼锌企业中，Zn 的浸出率大多在 80%左右，有 20%左右的 Zn 残留在浸渣中7。对于含Fe 量较大的锌焙砂，在浸出过程中产生较多的Fe 杂质8-10，严重影响了 Zn 回收率，加重了后续作业负荷，对环境造成污染，需要在提高 Zn 浸出率的同时减少 Fe 的浸出。陕西某公司锌精矿焙砂含 Fe 量高（30%），采用高温高酸浸出提高了 Zn 的浸出率，但同时Fe 也被大量浸出，导致后续除铁作业复杂，对公司正常生产造成影响。针对这一问题，通过对浸出工艺中的初始酸度、浸出温度、固液比等进行研究，分析 Zn 和 Fe 浸出率的影响因素，对浸出工艺进行优化，以达到提高 Zn 的浸出率，降低Fe 的浸出率的目的。1实验 1.1实验原料及分析实验所用的锌焙砂取自陕西锌业有限公司，样品粒径1 mm，锌焙砂主要化学成分见表 1。表 1 锌焙砂主要化学成分/%Table 1 Main chemical components of zinc calcineZnFe2O3SiO2CaOCuAl2O3SO3MnSbMgOSnPb61313.31.10.90.70.60.50.10.10.10.07 通过 X 射线衍射（XRD）对原料的物质组成做进一步分析，XRD 的扫描区间为 1580，锌焙砂的 XRD 见图 1。从图 1 的 XRD 分析结果可以看出，锌焙砂中 Zn 的化合物主要有 ZnO、ZnFe2O4、ZnSiO4，其 中 ZnO 的 含 量 较 大，是Zn 的主要存在形式，所以在反应过程中以 ZnO 与 收稿日期:2021-01-26基金项目:陕西省教育厅科研计划项目（18JS035）作者简介:王之宇（1987-），男，硕士，副教授，主要从事矿产资源综合利用方面的研究工作。第 2 期矿产综合利用2023 年 4 月Multipurpose Utilization of Mineral Resources 13 硫酸的反应为主。用激光粒度分析仪对锌焙砂原料进行粒度分析，分析结果见表 2。由表 2 可看出，锌焙砂粒径总体较为均匀，主要分布在 10159 m 范围内，该范围内体积为 95.06%。1.2实验仪器实验所用的主要仪器设备有：X 射线衍射仪，荷兰帕纳科公司 X Pert Powder；激光粒度分析仪，英国马尔文仪器有限公司 Mstersizer2000；原子吸收光谱分析仪，北京东西电子技术研究所AA-7002A；电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司 CPA224S；电动搅拌机，PW20；真空抽滤机，天津奥特赛恩斯仪器公司 AP-9950。表 2 锌焙砂粒度分析Table 2 Granularity analysis of zinc calcine粒度/m158.489体积/%3.9834.0347.5913.440.96 1.3实验方法从初始硫酸浓度、液固比、浸出温度、浓度和温度综合影响四个方面进行实验方案和条件的设计，具体如下：（1）初始酸度对浸出的影响：在浸出温度40、液固比 101、搅拌速度 600 r/min、浸出时间 1 h 条件下，初始酸度分别取 30、60、90、120g/L 进行实验；（2）液固比对浸出的影响：在温度 40、初始酸度 90 g/L、搅拌速度 600 r/min、浸出时间 1 h条件下，液固比分别取 61、81、101、121 进行实验；（3）温度对浸出率的影响：在液固体积质量比 101、浸出时间 1 h、搅拌速度 600 r/min、初始酸度依 90 g/L 条件下，分别在 30、40、50、60、70、80、90 的浸出温度下进行实验。（4）初始酸度和温度对浸出的综合影响：在液固体积质量比 101、浸出时间 1 h、搅拌速度600 r/min 条件下，初始酸度依次设定为 40、80、160、200 g/L，分别在 30、40、50、60、70、80、90 的浸出温度下进行实验，以分析不同初始酸度条件下温度对浸出率的影响规律。实验步骤如下：配制所需浓度的硫酸溶液；称取锌焙砂放入装有硫酸溶液的烧杯中，置于搅拌器上，将搅拌器温度设定到所需温度并计时；测定上清液 pH 值，直到上清液 pH 值达到稳定。抽滤后，用一定量蒸馏水洗渣 3 次，将滤渣烘干后称重并测定其中所含可溶性锌物质的质量分数；取 50 L 的溶液，放入 50 mL 的容量瓶中进行定容，用原子吸收光谱仪对定容好的溶液进行分析；检测出浸出液中 Zn 和 Fe 的含量，计算出Zn 和 Fe 的浸出率11。2结果与讨论 2.1初始酸度对浸出的影响初始酸度与 Zn 和 Fe 浸出率的关系曲线见图 2。从图 2 可以看出，Zn、Fe 浸出率随初始酸度增大而提高，当初始酸度超过 90 g/L 时，Zn 浸出率达75%以上。而进一步提高酸度，Zn 浸出率增幅较图 1 锌焙砂 XRDFig.1 XRD of zinc calcine 807060504030201020406080100初始酸度/(gL1)浸出率/%120 140 160 180ZnFe图 2 初始酸度与浸出率的关系Fig.2 Relationship between initial acidity and leaching rate 14 矿产综合利用2023 年小，而 Fe 浸出率持续提高。当初始酸度达到 90g/L 以上时，Zn 浸出率趋于平稳，表明此时还原锌焙砂中可溶 Zn 已基本浸出完全，而 Fe 浸出率还继续升高。综合考虑，确定初始酸度以 90 g/L为宜。2.2液固比对浸出的影响液固比与 Zn 和 Fe 浸出率的关系曲线见图 3。从图 3 可以看出，Zn、Fe 浸出率均随液固比增大而提高，液固比从 61 增大到 101 的过程中，Zn 的浸出率提高了 30%左右，Fe 的浸出率提高了 13%左右。液固比 101 时，Zn、Fe 浸出率分别约为 75%和 21%。当液固比达 101 以上时，Zn、Fe 浸出率趋于稳定。综合考虑，液固比以101 为宜。78910111280757065605550454035302520151056液固比浸出率/%ZnFe图 3 液固比与浸出率的关系Fig.3 Relationship between liquid-solid ratio and leachingrate 2.3温度对浸出的影响浸出率与 Zn 和 Fe 浸出率的关系曲线见图 4。从图 4 可以看出，温度低于 60 时 Zn、Fe 的浸出率持续增长的状态，Fe 的浸出率增长较快，在60 时达到 78%左右。随浸出温度继续提高，Zn 的浸出率趋于稳定，而 Fe 的浸出率仍呈现增长趋势。浸出温度 60 时 Zn、Fe 的浸出率差值最大。综合考虑，在此种条件下，较适宜的浸出温度为 60。2.4初始酸度和温度对浸出的综合影响不同初始酸度下温度对浸出率的影响曲线见图 5、图 6。初始酸度 40 g/L、80 g/L 时，随着浸出温度的升高，Zn、Fe 浸出率的变化幅度不大，说明在较低硫酸浓度时，温度对浸出率影响较小。此时 Fe 的浸出率低，有利于 Zn、Fe 的分离。但是，在硫酸浓度较低的情况下，Zn 的浸出率相对来说也较低，最高值在 43%左右。当初始酸度 160 g/L 时，Zn 和 Fe 的浸出率都明显提高。随着浸出温度从 30 升至 90，Zn 的浸出率从81%提高到 84%，增长幅度较缓。与此同时 Fe 的浸出率从 14%提高到 24%，增幅较大。90807060504030203040506070温度/浸出率/%809040 gL180 gL1160 gL1200 gL1图 5 温度对不同初始酸度下 Zn 浸出率的影响Fig.5 Effect of temperature on Zn leaching rate underdifferent initial acidity 30浸出率/%2520151030405060708090温度/540 gL180 gL1160 gL1200 gL1图 6 温度对不同初始酸度下 Fe 浸出率的影响Fig.6 Effect of temperature on Fe leaching rate underdifferent initial acidity 当初始酸度较低时，测得浸出终点 pH 值均在 5.0 到 5.3 之间，说明浸出液中基本没有剩余酸 807060504030200103040506070温度/浸出率/%8090ZnFe图 4 温度与浸出率的关系Fig.4 Relationship between temperature and leaching rate 第 2 期2023 年 4 月王之宇等：高铁锌焙砂浸出过程影响因素研究 15 存在，Zn 和 Fe 的浸出率基本不受浸出温度的影响。当初始酸度为 160 g/L 和 200 g/L 时，测得浸出终点的 pH 值较小，说明浸出液中有过量的酸存在。此时 Zn 的浸出率受温度变化影响较小，但Fe 的浸出随着温度的升高不断增多，初始酸度为200 g/L 时温度对 Fe 的影响最大。这表明，温度对焙砂中 Zn 和 Fe 浸出率的影响程度与初始酸度有关，浓度较小时，温度对 Zn 和 Fe 浸出影响很小，硫酸浓度过大时，温度对 Fe 的浸出影响较大，但对 Zn 的浸出影响较小。3结论（1）在浸出温度 40、液固比 101、搅拌速度 600 r/min、浸出时间 1 h 条件下，Zn、Fe 浸出率随初始酸度增大而提高。当初始酸度达到 90g/L 以上时，Zn 浸出率趋于平稳，Fe 浸出率还继续升高。（2）在液固体积质量比 101、浸出时间 1 h、搅拌速度 600 r/min、初始酸度依 90 g/L 条件下，Zn 的浸出率在 60 后趋于稳定，Fe 的浸出率呈持续增长。浸出温度 60 时 Zn、Fe 的浸出率差值最大。（3）在硫酸浓度不同的浸出体系中，温度对焙砂中 Zn 和 Fe 浸出率的影响程度不同。当硫酸用量不足时，温度对 Zn 和 Fe 的浸出无明显影响，当硫酸过量时，温度会影响 Zn 和 Fe 的浸出，对 Fe 的影响尤为明显。初始酸度 90 g/L、浸出温度 60、固液比 10:1、搅拌速度 600 r/min为较为理想的浸出条件。参考文献:1 申亚芳,张馨圆,王乐,等.氧化锌矿处理方法现状J.矿产综合利用,2020(2):23-28.SHEN Y F,ZHANG