锌浸出渣浮选试验研究

杨金林，廖仕臻，刘继光，罗美秀，马少健

(广西大学 资源环境与材料学院，广西 南宁 530004)

0 引言

铁酸锌具有稳固的尖晶石结构[1]，其应用范围广泛。研究表明，铁酸锌可作为催化剂对稀类有机化合物进行氧化脱氢，在工业上多用于高温煤气脱硫何丁烯氧化脱氢[2]；能吸收特定波段的电磁波，利用这一特点可将其作为一种隐形材料加以利用[3-4]；铁酸锌化学性质比较稳定，耐腐蚀，熔点较高，耐高温，并且对人体无害，可用作无毒防锈涂料[5-8]。由于天然铁酸锌矿物在自然界中含量较低，目前铁酸锌的来源基本来自于人工合成，但传统的铁酸锌生产工艺存在耗能高，对周边生态环境造成污染等缺点。因此，研究新的具有工业应用价值的铁酸锌制备技术成为了重中之重。事实上，除专门合成生产的铁酸锌外，在很多高温工业的生产中(如电弧炉炼钢、硫化锌精矿氧化焙烧)铁酸锌的身影常常在副产物中出现[9-11]。在副产物中的铁酸锌往往得不到有效的回收而作为浸出渣被排放，不但浪费了锌铁资源，同时也破坏了工厂周边的生态环境。为了解决这一问题，目前工业上主要的处理思路是分解铁酸锌再分别提取锌、铁元素[12-16]。但是，这些方法工艺流程较为复杂、回收环节能源成本和经济成本比较高、在回收的过程中也会对环境造成一定程度上的污染。因此，本文探索一种可以使工业副产物中的铁酸锌和其他产物分离的方法。本文的实验材料来自于课题前期的锌浸出渣[17]，利用浮选实验，研究富集铁酸锌的可行性，为后续锌焙砂富集铁酸锌的高效利用提供理论基础。

1 试验原料

试验原料锌焙砂取自广西某冶炼厂，其锌铁含量分别为53.22 %和 14.20 %；经物相分析，该锌焙砂的主要成分为红锌矿和锌铁尖晶石，同时还含有少量的硅锌矿、石英、赤铁矿及铅矾，其具体含量如表1所示。

表1 锌焙砂 XRD分析结果

对该原料进行硫酸浸出，按照1∶7的固液比在500 mL的烧杯中加入50 g的锌焙砂和浓度为160 g/L的硫酸溶液。利用HH-S6型数显恒温水浴锅中，将浸出温度控制为85 ℃，经过搅拌离心后将锌焙砂浸出并固液分离。再经过抽滤、洗涤、烘干后将得到的固体粉末进行XRD测试，结果见表2。可以发现，锌焙砂经过硫酸浸出得到了初步的富集，锌铁尖晶石含量由原来的39 %变成了83 %。

表2 锌浸出渣XRD分析结果

2 浮选试验研究

考虑到浸出渣中主要杂质矿物为石英、赤铁矿、铅矾等，其中主要的杂质为具有一定可浮性的铅矾和石英，为了进一步富集浸出渣中的铁酸锌，本文尝试对锌浸出渣进行浮选提纯。

2.1 阳离子十八胺捕收剂的浮选试验

阳离子十八胺捕收剂的浮选试验条件为：磨矿细度-200目75 %，碳酸钠调整pH值在8～9，捕收剂十八胺用量分别为200、400、600 g/t，起泡剂2号油用量为20 g/t。结果见表3。

表3 阳离子十八胺捕收剂试验结果

从表3中可以看出，十八胺200 g/t 时，尾矿产率达75.33 %，精矿中Si的品位也由3.06 %提高到3.86 %，这说明石英有一定程度的富集。将十八胺200 g/t 时的选别精矿和尾矿分别进行XRD分析，结果如表4所示。

表4 阳离子十八胺捕收剂试验XRD分析结果

从表4可以看出，通过阳离子十八胺捕收剂浮选试验，精矿中石英含量由给矿中5 %提高到6 %，尾矿仅含有3 %的石英。尾矿中锌铁尖晶石的含量为89 %，与给矿中锌铁尖晶石相比，提高了6个百分点。这说明当磨矿细度-200目75 %，利用碳酸钠调整溶液的pH值在8～9，起泡剂2号油用量为20 g/t，只使用单一捕收剂(阳离子十八胺)，使用量为200 g/t时，锌铁尖晶石可以利用浮选进行一定程度的富集。

2.2 阴离子油酸钠捕收剂的浮选试验

阴离子油酸钠捕收剂的浮选试验条件为：磨矿细度-200目75 %，溶液pH值为7左右(使用碳酸钠调整)，捕收剂油酸钠用量分别为200、400、600 g/t，起泡剂2号油用量为20 g/t。试验结果见表5。

表5 阴离子油酸钠捕收剂试验结果

从表5可以看出，精矿产率随着油酸钠用量的增加而增加，但精矿中铁的品位变化不大。油酸钠200 g/t时，精矿产率最小而尾矿产率最大，将此条件下的精矿和尾矿分别进行XRD分析，结果如表6所示。

表6 阴离子油酸钠捕收剂试验XRD分析结果

从表6可以看出，捕收剂油酸钠用量为200 g/t时，浮选浸出渣后赤铁矿在精矿和尾矿中的含量都为4 %，其他矿物含量也变化很小。由此可见，油酸钠单独对赤铁矿的捕收效果并不理想。

2.3 阴离子丁基黄药捕收剂的浮选试验

阴离子丁基黄药捕收剂的浮选试验条件为：磨矿细度-200目75 %，采用碳酸钠调整pH值在9～10，硫化钠1 000 g/t，捕收剂丁基黄药用量分别为100、300、500 g/t，起泡剂2号油用量为20 g/t。试验结果见表7。

表7 阴离子丁基黄药捕收剂试验结果

从表7可以看出，随着丁基黄药用量的增加，精矿产率从40.65 %增加到43.48 %，增加幅度不大，铅的品位分别为3.32 %、3.34 %、和3.29 %，变化幅度也很小。选取丁基黄药100 g/t的精矿和尾矿分别进行XRD分析，结果如表8所示。

表8 阴离子丁基黄药捕收剂试验XRD分析结果

从表8可以看出，采用硫化浮选法可以把一部分的铅矾浮选上来，但同时也抑制了石英，精矿中铁酸锌含量比浮选前提高了6个百分点，达到89 %，尾矿中铁酸锌含量也比浮选前提高了5个百分点，达到88 %。杂质矿物的成分发生了变化，这说明在磨矿细度-200目75 %，pH值在9～10(碳酸钠做调整剂)，硫化钠(Na2S)1 000 g/t，起泡剂(2号油)用量20 g/t，捕收剂(丁基黄药)用量100 g/t的条件下，可以实现一定程度的锌铁尖晶石的富集。

2.4 全流程浮选试验

通过上述捕收剂试验结果可以看出，单一捕收剂浮选方法可以除去部分杂质矿物，实现铁酸锌富集，但效果有限。为了进一步探索提高铁酸锌含量的可能性，进行全流程浮选试验。试验流程如图1所示，试验结果见表9。对全流程浮选试验产品进行XRD分析，结果见图2～图5、表9。

图1 全流程浮选试验流程

表9 全浮选试验结果

表10 浮选试验XRD分析结果

从表9、表10可以看出，经过全流程浮选试验，铁酸锌主要在精矿中富集。第一次浮选时硫化钠(Na2S)的主要作用是抑制含铅矿物，同时其作硫化剂辅助丁基黄药、油酸钠可以有效富集铁酸锌，精矿1、2、3中的铁酸锌含量达到92 %、88 %和89 %，分别提高了9个百分点、5个百分点和6个百分点；尾矿中仅含有84 %的铁酸锌，且尾矿产率仅为8.31 %。因此，通过浮选试验可以抛去一部分的石英、赤铁矿等杂质矿物，实现铁酸锌在一定程度上的富集提纯。

图2 精矿1的XRD

图3 精矿2的XRD

图4 精矿3的XRD

图5 浮选尾矿XRD

3 结论

① 采用单一捕收剂浮选，可以除去部分杂质矿物，实现一定程度上的铁酸锌富集，但对其他杂质去除效果不明显。

② 采用全流程浮选，铁酸锌含量由浮选前的83 %提高到92 %，提高了9个百分点，实现了铁酸锌的较好富集。

③ 针对锌冶金副产铁酸锌，研究证明在不破坏铁酸锌晶体结构的条件下，将铁酸锌从锌焙砂中富集出来作为独立产品是可能的。