黄钾铁矾法炼锌工艺在青海高海拔地区的可行性

张文琴

（西部矿业股份有限公司，青海 西宁 810000）

黄钾铁矾法炼锌工艺是在20世纪70年代，由挪威诺尔斯克锌公司、澳大利亚电锌公司和西班牙的亚斯士里安锌公司，在同一个时期各自进行详细研究，总结出来的新型炼锌工艺，并取得专利权。1968年挪威诺尔斯克锌公司埃特海姆电锌厂改革了传统的湿法炼锌流程，首先采用黄钾铁矾法炼锌工艺，减少了铁对锌浸出率的影响和铁对溶液净化的影响。此法应用于湿法炼锌后，锌的回收率提高到96%～98%，并使浸出过程产出可弃去的废渣，免去了传统湿法流程再处理此类残渣的麻烦。继上述三家公司后，加拿大、荷兰、比利时、联邦德国和墨西哥及美国等国家也开始了工业应用。我国的黄钾铁矾法炼锌工艺在20世纪80年代首先应用于广西柳州市有色金属冶炼总厂。

1 黄钾铁矾法炼锌工艺的特点

黄钾铁矾法炼锌工艺实质是通过高温高酸浸出，把锌焙砂中的铁酸锌分解，提高锌的浸出率，可使锌的浸出率大于98%，铁的浸出率达到70%～90%，浸出液中铁的含量达到30 g/L左右。然后加入钠、钾或氨的化合物，使弱酸性的溶液中的铁呈三价铁化合物沉淀。这种黄钾铁矾沉淀物的沉降、过滤和洗涤等性质均比氢氧化铁沉淀物的好，且带走的锌量也较少。

黄钾铁矾是一种复合物，其结构与天然的草黄钾铁矾和黄钾铁矿相同，可用AFe3（SO4）2（OH）6分子式表示，式中A可以是Na＋、K＋、Rb＋、NH4＋或Ag＋。

黄钾铁矾沉淀反应可以用下列典型方程式代表：

黄钾铁矾法炼锌工艺的浸出工艺流程通常包括五个过程，即中性浸出、高温高酸浸出、预中和、沉矾和铁矾渣酸洗。其主要特点为：黄钾铁矾渣能带走少量硫酸根，有利于湿法炼锌过程中酸的平衡；黄钾铁矾渣是由黄钾铁矾晶形固体颗粒组成，有利于沉降、过滤和洗涤；黄钾铁矾化合物仅含有少量的Na＋、K＋、NH4＋等，沉矾剂消耗量少；黄钾铁矾沉淀反应析出的酸量少，pH值控制在1～1.5，中和剂用量少，且得到有效利用；但铁矾渣渣量大，不便于利用，且渣的堆存性能不好，不利于环境保护。

西部矿业股份有限公司下属锌业分公司，位于青海省西宁经济技术开发区甘河工业园区内，平均海拔高度2 570 m，极端最低温度-31.7℃。由于高海拔地区特殊的地理环境和条件，及黄钾铁矾法炼锌工艺对二段高温高酸浸出及沉矾的温度要求严格，浸出温度及沉矾温度是否能达到要求，浸出率及回收率是否能达到同行业的指标，需要通过相关的试验进行验证。为此，2010年6月，中国恩菲技术工程有限公司技术人员与我公司技术人员在锌业分公司生产现场对黄钾铁矾法炼锌工艺进行了试验验证。试验分小型试验和工业试验两个阶段。

2 小型试验

小型试验的主要目的是验证沉矾前液是否能达到沉矾要求的温度及高温高酸浸出的技术指标，为工业试验提供参考数据。

2.1 沉矾前液温度测定试验

配制沉矾前液：Zn 133 g/L，Fe 19 g/L，硫酸30g/L。加热至溶液沸腾（30 min温度不变），记录溶液沸腾温度为94～95℃。

根据成熟的工业生产实践经验，在此温度下能保证沉矾除铁的各项指标，此试验参数可以作为工业试验的参考数据，无需进行沉矾小型试验和工业试验。

2.2 浸出试验

2.2.1 中性浸出

在3 L烧杯中加入575 mL废电解液，补水至2 L，加热升温至60℃，加入焙砂及10 g二氧化锰，计时开始。反应2 h后停止试验，真空抽滤，量出溶液体积，取样分析，滤渣为酸浸原料。

试验条件：时间2 h，温度60 ℃，液固比8∶1，始酸40 g/L左右，终酸pH=5.0。

试验结果：中浸滤液体积为2 265 mL（溶液颜色为白色)。溶液分析结果：Zn 41.23g/L，Fe 0.0026g/L，终点pH=5.0（pH试纸）。

2.2.2 高温高酸浸出

在3 L烧杯中加入1 L废液，加入30 mL浓硫酸，补废电解液体至1 800 mL，升温加热至94℃时加入中浸渣，计时开始，搅拌反应4 h，其间，补废液量1 660 mL。反应完成后真空抽滤，量出溶液体积并取溶液样分析，浸出渣烘干后取样分析。

试验条件：时间4 h，温度94℃，始酸180 g/L左右，终酸50 g/L左右。试验结果：酸浸滤液体积为2 190 mL（淡黄色），抽滤时间45 min。溶液分析结果：Zn 77.18 g/L，Fe 12.74 g/L，In 0.0066 g/L，硫酸酸度61.5 g/L。酸浸湿渣量：97.2 g（含三张湿滤纸），干渣量：41.82g。酸浸渣(未水洗)分析结果：Zn 12.33%（分析未屏蔽Pb），Fe 19.16%，水溶锌1.44%。

在相同的实验条件下，各进行了两次中性浸出和高温高酸浸出小型试验，其锌总浸出率为95%～97%，渣率为16%～18%。此试验参数可以作为工业试验的参考数据。

3 工业试验

工业试验是在西部矿业股份有限公司锌业分公司生产现场进行的。利用锌业分公司生产的中性浸出底流，进行了四次高温高酸浸出试验，并对所产的高浸滤液集中进行预中和及沉矾处理。工业试验的主要目的是测定工业生产条件下的沉矾溶液沸点以及高温高酸浸出的浸出率。

3.1 高温高酸浸出试验

在工业槽中分别加入32 m3的废液和25 m3的中浸底流，通蒸汽升温至85℃左右，再加入浓硫酸3 m3，反应过程中不再补酸，控制温度在≥92℃，搅拌反应4 h。

试验条件：时间4 h,温度≥92℃，始酸160～180 g/L，终酸50 g/L左右。

通过在相同试验条件下的四次高温高酸浸出试验，高浸滤液平均成分：Zn 142.21 g/L，Fe 39.28 g/L，硫酸52.40 g/L。高浸渣平均成分：Zn 8.37%，Fe 13.72%，Zn酸1.11%，Zn水4.10%（未水洗）。

通过对高浸渣的计量，计算总浸出渣率为18%～22%，Zn总浸出率为98%左右。

3.2 预中和试验

在工业槽中加入高温高酸浸出压滤后液，取样分析始酸，搅拌升温，控制温度在60℃左右，根据始酸加入氧化锌中和至终点酸度10～20g/L，进行压滤，滤液待用。

试验条件：时间2 h，温度60℃左右，始酸50 g/L左右，终酸10～20 g/L。

试验结果：预中和前液成分：Zn 141.03g/L，Fe 34.02g/L，硫酸47.35 g/L。预中和后液成分：Zn161.8 g/L，Fe总31.74 g/L，Fe3+31.23 g/L，Fe2+0.51 g/L，硫酸19.41 g/L。

3.3 沉矾试验

在工业槽中加入预中和压滤后液，取样分析始酸、铁、锌浓度，通蒸汽搅拌升温，直至所测温度不再变化为止，记录最终溶液温度。

沉矾试验温度：最终溶液温度为93℃。测定完温度后，加入硫酸钠和锰粉，搅拌半小时加入氧化锌中和至pH=3.5左右，取样分析溶液含铁3.61 g/L，加石灰中和至pH=4.5～5.0。三次取样分析滤液含铁分别为：0.0058 g/L，0.0080 g/L，0.03 g/L。

4 结语

青海西宁甘河工业园高海拔地区能达到沉矾所需的作业温度，并能确保除铁的各项技术经济指标；高温高酸浸出渣率18%～22%，Zn总浸出率为98%左右，达到了国内类似锌冶炼企业生产指标。因此，在高海拔地区采用黄钾铁矾法炼锌工艺是可行的。

[1] 张乐如.铅锌冶炼新技术[M].长沙，2006.