从高铁氧化锌物料中浸出锌铟铁试验研究及生产实践

张向阳

(河南豫光锌业有限公司，河南 济源 459000)

从高铁氧化锌物料中浸出锌铟铁试验研究及生产实践

张向阳

(河南豫光锌业有限公司，河南 济源 459000)

针对高铁氧化锌物料两段浸出锌铁铟工艺存在的一些问题进行工艺改造，增加高酸浸出、还原、除铁工序，工艺改造后，锌、铟、Fe浸出率均得到提高，浸出渣铅品位也明显提高。

高铁氧化锌；高酸浸出；还原；除铁；锌；铟；浸出

某冶炼公司每年生产24万t电解锌，采用常规锌湿法冶炼工艺，即两段浸出—浸出渣挥发窑挥发，挥发窑产生的氧化锌焙砂进入氧化锌处理系统。氧化锌处理系统采用两段浸出工艺，每年处理约9万t氧化锌焙砂，产出铅渣(即氧化锌焙砂浸出渣，主要成分为铅)约2.5万t，其中锌质量分数10%左右，铟质量分数500 g/t左右，每年约有2 500 t金属锌、15 t金属铟及部分铜进入铅渣，且所产铅渣铅质量分数低于28%，品位偏低，铅系统不好配料使用，销售价格低。

针对原工艺存在的问题，公司从2009年开始研究从高铁氧化锌物料中综合回收锌、铅、铟、铁等有价金属，并对工艺进行技术改造，增加高酸浸出、还原、除铁工序，以提高锌、铟、铁回收率。

1 原料组成

高铁氧化锌焙砂和硫化锌精矿典型成分见表1，氧化锌焙砂中锌物相见表2。可知：氧化锌焙砂中铁质量分数为7.45%，主要是铁酸锌在挥发窑中未完全分解所致；锌主要以氧化锌形式存在，还有少量以铁酸锌和硫化锌形式存在。

表1 氧化锌焙砂和硫化锌精矿的主要成分 %

表2 氧化锌焙砂中锌物相组成 %

2 原工艺存在的问题

原工艺流程如图1所示。

图1 改造前的工艺流程

原工艺采用两段浸出法处理氧化锌物料：物料经中性浸出、低酸浸出，铅渣外售，低酸浸出液经中和沉淀铟后返回浸出焙砂，铟富集渣去铟系统回收铟。原工艺存在以下问题：

1)锌、铟回收率低，其中锌回收率为92%，铟回收率为50%；

2)铅渣铅质量分数低(小于30%)，锌质量分数高(大于10%)，铟质量分数高(大于500 g/t)，铁质量分数高(大于10%)；

3)铟富集渣中铟质量分数低(小于0.6%)；

4)Fe浸出率低，大部分留在铅渣中，而焙砂中浸需补加硫酸亚铁,造成铁资源浪费。

3 对原工艺的改造

为提高锌、铟、Fe浸出率，对原工艺流程加以改进，增加了高酸浸出、还原、除铁3个工序，通过实验室试验和工业试验验证后对原工艺系统进行改造，于2013年投入使用。

3.1 增加高酸浸出工序

原工艺铅渣中锌、铟物相分析结果(表3)表明，铅渣中，锌以铁酸锌和ZnS形式存在，占比分别为38.52%、8.93%，铟以In2O3、In2(SO4)3、In2S3和难溶矿物形式存在，占比分别为84.89%、12.57%、1.98%和0.56%。

表3 原工艺铅渣中锌、铟物相组成 %

铁酸锌在晶格结构上属于等轴晶系尖晶石结构，熔点为1 590 ℃，由于其氧离子呈紧密堆积状态，使其晶格具有相当大的稳定性。有资料表明，铁酸锌在300～1 000 ℃范围内的自由能都为负值，不溶于稀酸溶液，因此铅渣中以铁酸锌形式存在的锌在中性浸出和低酸浸出条件下均难以溶解，与其他不溶杂质一起留在渣中[1-2]。但提高浸出剂酸度和温度时，铁酸锌发生如下反应而溶解[3-4]：

ZnS在有Fe3+存在的条件下按下式反应而溶解：

其溶解反应与硫酸铁的浓度和温度有关，随硫酸铁浓度增大及温度升高，其溶解程度增大，高酸浸出时ZnS溶解率大大提高。

因此，要提高锌浸出率，必须增加高酸浸出工序，此工序的增加也有利于将铁酸锌包裹的铟浸出，从而提高铟回收率。

3.2 增加还原工序

高酸浸出工序提高了锌、铟浸出率，但大量铁以Fe3+形式被浸出，如果浸出液直接进入沉铟工序，则溶液中大量存在的Fe3+易水解进入铟富集渣中，造成铟富集渣品位降低、质量变差，给后续铟回收带来不利影响，且铟富集渣压滤困难，所以，浸出液在进入沉淀铟工序之前，需增加还原工序将Fe3+还原为Fe2+。还原工序用硫化锌精矿作还原剂[5]，反应式为

还原渣返回焙烧，还原后液进入沉淀铟工序。

3.3 增加除铁工序

沉铟后液直接返回浸出焙砂，可替代外购硫酸亚铁，减少辅料消耗。经测算，为保证焙砂中浸工序氧化液中Fe3+质量浓度≤1 g/L，每天要用30 m3沉铟后液开路，其中的铁采用赤铁矿法[6-8]去除。

除铁工序主要装置包括加压泵、高压釜、闪蒸槽，除铁反应[9]为

3.4 其他改进

增加高酸浸出工序后，Fe浸出率大幅提高，低酸浸出液中的铁也相应提高，需严格作业控制，避免铁、铟水解进入渣中或形成铁矾进入渣中。因此，低酸浸出工序改进为：先将高酸滤液打入低酸浸出槽作为底液，然后再分批次将中性浸出底流均匀打入低酸浸出槽进行浸出，严格控制pH大于1，同时将温度控制在60～70 ℃范围内。

氧化锌焙砂以废电解液为浸出剂进行中性浸出，浓密机上清液返回焙砂中浸，浓密底流用高酸浸出的滤液进行低酸浸出，低酸浸出底流用废电解液进行高酸浸出(酸度不够时补加浓硫酸)，过滤后的高酸铅渣返回铅冶炼系统回收铅，滤液返回低酸浸出。低酸浸出液中的Fe3+利用硫化锌精矿还原为Fe2+，还原渣返回焙烧，还原后液沉淀铟得含铟富集渣，沉铟后液大部分返回焙砂中浸，少部分经除铁工序开路铁后返回焙砂中浸，铁渣作为铁精矿直接外售。改造后的工艺流程如图2所示。

图2 改造后的工艺流程

4 工艺改造后的运行情况

4.1 高酸浸出工序

原料为低酸浸出底流，浸出剂为废电解液，酸度不够时补加浓硫酸。由于低酸浸出渣中含有大量铁酸锌，部分铟、锌分别以硫化铟及硫化锌形式存在，控制终酸质量浓度≥100 g/L，滤液作低酸浸出工序的浸出剂，滤渣即为高酸铅渣，铅品位达40%以上，锌质量分数为4.78%。因不具备洗涤条件，暂未对铅渣进行洗涤，洗涤后铅渣中锌质量分数会更低，铅品位会更高。

表4 高酸浸出液典型成分 g/L

表5 铅渣典型成分 %

4.2 还原工序

对低酸浸出液中的Fe3+进行还原，还原剂为ZnS精矿，过滤后的滤渣返回焙烧炉配料，滤液进入沉淀铟工序。

增加还原工序后，Fe3+还原率达90%，沉淀铟过程中铁水解率大大降低，铟富集渣铟品位提高，且压滤困难的问题得以解决，生产效率大大提高。

表6 还原工序生产结果 g/L

4.3 除铁工序

沉铟后液预热后通过加压泵进入除铁高压釜，釜内通入高压蒸汽和氧气，反应完毕经闪蒸阀降温降压后排入除铁后液搅拌槽，经压滤机过滤，滤液送回焙砂中浸工序，过滤后铁渣外售。该工序除铁率为90%左右，铁渣中铁品位>55%,锌质量分数为1%左右。

表7 除铁前、后滤液成分 g/L

5 生产实践

改造后的工艺于2013年投入使用，锌、铟回收率(见表9)大幅提高，铅渣中锌质量分数降低至6%以下，铅质量分数提高到40%左右(见表10)，铅渣产量大幅减少，而铅渣销售价格大幅度提高。同时增加还原工序后，可有效避免中和沉淀铟工序反应终点Fe3+随铟水解入渣，铟富集渣铟品位提高2倍左右(见表11)，提高了铟绵品位，且解决了高价铁大量水解造成铟富集渣难压滤问题，生产效率得到提高。

表9 工艺改造前后锌、铟回收率对比 %

表10 工艺改造前后铅渣成分对比 %

表11 工艺改造前后铟富集渣主要成分对比 %

6 结论

对氧化锌焙砂处理系统进行技术改造，增加高酸浸出、还原、除铁工序，取得了较好效果，锌、铁、铟浸出率得到提高，富集渣铟品位提高，铁开路后实现了铁资源化，沉铟后液大部分返回焙砂浸出，节省了部分硫酸亚铁。工艺改造后，各项技术指标均得到改善，取得了明显的经济效益。

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Process Research and Production Practice on Leaching of Zinc,Indium and Iron From High-iron Zinc Oxide

ZHANG Xiangyang

(He′nanYuguangZincIndustryCo.，Ltd.,Jiyuan459000,China)

Some problems exist in the process of two-stage leaching zinc,indium and iron from high-iron zinc oxide.After the process being improved by adding the procedure of acidic leaching，reduction and removal iron，the leaching rate of zinc,indium and iron increase,and the grade of lead slag increase significantly.

high-iron zinc oxide;acidic leaching;reduction;removal iron；zinc;indium；leaching

2016-09-22

张向阳(1984-)，男，河南济源人，硕士，工程师，主要研究方向为湿法冶金。

TF803.21

A

1009-2617(2017)03-0193-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.006