单段加压浸出的可行性讨论

刘 宝，宋亚利

（四川会理鑫沙锌业有限责任公司，四川 凉山 615105）

1 锌精矿冶炼技术现状

锌精矿的处理分为火法和湿法两大类。火法炼锌分为平罐、竖罐、密闭鼓风炉、电炉等几大类。平罐炼锌已被淘汰。湿法炼锌是当前比较环保的冶炼方法，可分为传统湿法浸出、加压浸出和富氧浸出三大类。

1.1 传统湿法炼锌技术

传统湿法操作工艺主要为“沸腾焙烧→浸出→液体净化→锌电积”。但是产出的浸出渣含锌较高，必须对浸出渣再次进行处理才能保证锌回收率。根据中性浸出渣处理方法的不同，一般采用：一、回转窑、烟化炉挥发法；二、热酸浸出—黄钾铁钒法或针铁矿法。

常规浸出法即采用回转窑或烟化炉还原挥发生产氧化锌，氧化锌经碱洗、酸浸后返回中性浸出工序。该技术较为简单，易于操作，锌总回收率92%～95%，渣含锌可降至1.6%左右。

热酸浸出—黄钾铁钒法即为将中性浸出渣在85℃～95℃下浸出，控制合理终酸，能使锌的浸出率达到97%以上，经处理后溶液铁含量可降低到2g/L以下。

热酸浸出—针铁矿法与黄钾铁矾法相比，该法渣量较少，渣含铁高，便于回收利用，渣含锌低损失较小。但该法较难控制，不容易掌握，工厂应用较少。

1.2 锌精矿常压富氧浸出技术

在高温、常压、通入氧气的条件下,将矿浆及废液打入立式搅拌反应器内，连续的浸出硫化锌精矿，铁作为反应中的催化剂，最终生成ZnSO4溶液及元素硫，该技术浸出率高，渣量少，且可直接处理锌浸出渣，解决了火法的污染问题。但其缺点在于：反应时间较长16h～24h；反应容器较大；浆化设备较多。

1.3 锌精矿加压浸出技术

与传统湿法炼锌工艺和富氧浸出相比，加压浸出具有很多优势：①硫化锌精矿直接加压浸出工艺中，渣含锌小于3%；通过浮选及熔硫过滤后能得到高品位的硫磺，硫磺产率可达75%以上。②硫化锌精矿直接加压浸出可处理低品位的高铁ZnS精矿；在生产中还可以与焙烧工序相结合提高产能。③硫化锌精矿直接加压浸出最主要的优点是能回收硫化锌精矿中的硫，不用加入硫酸制备系统，因此该工艺没有二氧化硫气体的产生，对环境没有污染。④硫化锌精矿直接加压浸出的原料中的硫以硫磺的形式回收，方便运输与储存，且硫磺价格高于硫酸的售价。⑤硫化锌精矿直接加压浸出的核心设备制作要求比较高，现场操作的自动化程度高，主要反应过程都在加压釜中进行，工人的工作条件好，生产环境得到很大的改善。

目前，加压釜、加压泵等设备已实现国产化，ZnS精矿的加压浸出工艺已发展成为国内电锌生产的主流工艺，但大多数冶炼厂采用的多是两段工艺。本文将尝试对单段加压浸出的可行性进行讨论。

2 试验原理

在高温、高压、通入氧气和加入添加剂的条件下，利用硫酸选择性浸出高铁硫化锌精矿中的锌的性质，使锌精矿在硫酸介质中反应，最后锌以硫酸锌的形态进入溶液，而硫被氧化以元素硫的形态进入渣中，主要反应是：2ZnS+2H2SO4+O2=2ZnSO4+2H2O+2S0；在有铁离子存在的条件下，锌的浸出率大大提高，铁作为氧传递的媒介。反应如下：ZnS+Fe2(SO4)3→ZnSO4+2FeSO4+S0；2FeS O4+H2SO4+0.5O2→Fe2(SO4)3+H2O。

反应过程中随着溶液酸度的降低，硫酸铁便水解沉淀或是与(H3O)+、Pb2+、K+等离子结合生成铁矾而进入浸出渣：

在设定的浸出温度下，绝大多数的硫化物中的硫转化为单质硫。黄铁矿的硫较容易被氧化成硫酸根。添加剂在锌精矿加压浸出过程中非常重要。当不加入添加剂时熔融的硫易包裹硫化矿物表面，阻碍反应的进一步进行，因此添加剂对浸出的反应过程及元素硫的生成是很关键的。实验选用木质磺酸钙作为添加剂。

表1 试验用ZnS精矿锌精矿进行了水筛粒度分析

2.1 锌精矿主要元素分析结果

Zn 45.43；Fe 13.15；Cu 0.41；S 34.20;As 0.024；SiO20.85；Pb0.35；Cd 0.17。

2.2 粒度分析

锌精矿加压浸出过程中精矿粒度是影响浸出结果的重要因素之一，考虑到精矿粒度较粗无法满足实验要求，对表1锌精矿进行了1.5小时的湿式再磨后作为实验原料，细磨后：+200～-300目占1.00%；小于-300目占99.00%。

2.3 主要元素物相分析

为确定锌、铁、硫在精矿中的存在形态，对锌精矿中的锌、铁、硫进行了化学物相分析，分析结果：锌主要以ZnS形式存在，其它矿物含锌较少；硫主要以硫化物形态存在；铁95%以上以硫化物形式存在，2.51%以硅酸盐形式存在，其它形式铁较少。

3 试验研究方法

本次试验使用成熟的两端加压浸出的温度、釜压、木质素加入量的参数，主要考察单段加压浸出中酸锌摩尔比与浸出时间的影响，小型试验在GSA型2L立式衬钛加压釜中进行。将锌精矿、添加剂、废液等按一定比例混合放入釜中，密闭，搅拌，升温。为防止升温过程中发生设备的腐蚀，实验开始就通入一定量的氧气。当温度达到实验要求时，将釜压调整至试验值，并开始计时。试验过程中严格控制反应的温度和压力，温度偏差控制在±3℃，总压偏差控制在±0.1mpa。反应结束后，通冷却水进行冷却、降压，物料经固液分离后，对液体及渣进行称量，并进行分析。

4 主要试剂

废液：含锌45g/L～60g/L；含酸145g/L～160g/L；氧气：瓶装，工业纯。

5 试验结果与讨论

试验中进行了单段加压浸出试验研究，与两段逆流相比，单段浸出具有流程简单，使用设备少，能耗低等优点。试验主要条件为：精矿：100g；液固比：4～5/1；釜压：1.0mpa；反应温度：150℃；木质素；0.3%；反应时间：1.5h；搅拌转速：550r/min。

表2 单段加压浸出探索试验条件及结果

由表2可以看出，采用单段加压浸出，锌浸出率可达到97%以上，渣含锌低于3%。但终酸和溶液含铁均较高，在酸锌比1.1时，溶液中铁含量约为3g/L～5g/L，终酸为15g/L～20g/L。

6 结论

推荐单段浸出综合条件为：液固比：4～5/1；酸锌摩尔比：1.1/1；釜压：1.1mpa；温度：150±5℃；木质素：0.3%；反应时间：1.5h～2h；在综合条件下，锌的浸出率可达到97%以上，溶液中锌含量可达到150g/L以上，铁含量在3g/L～5g/L，硫酸为15g/L～20g/L。采用单段加压浸出，可减少设备的配置量，简化工艺流程，便于操作，易于实现系统平衡，且国内外锌精矿加压企业在试车期间也是采用单段流程对系统进行填充。但单段加压浸出也存在终酸和溶液中铁含量偏高的问题，后续中和及除铁压力较大。但是对单段加压浸出进行合理的控制可以提高产量，但是对操控要求较高，并且需要对实验数据进行合理放大。

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