高铁高硅锌渣处理试验研究

苏瑞春

（云南锡业集团有限责任公司研究设计院，云南 个旧 661000）

在锌的生产和消耗过程中，有大量的含锌工业废渣产生，由于锌矿资源日益减少而锌消耗量的不断增加，国内外对从工业废渣中的提锌技术越来越重视[1]。提锌技术主要有火法和湿法两种处理工艺[1，2]，火法工艺能耗高，工艺较为复杂，投资大，而湿法对于低品位、小规模的物料，生产成本低，工艺相对简单。某铅锌冶炼厂产出的锌渣含锌16%左右，但含硅、铁高，本文采用氧压硫酸浸出的方法处理高铁高硅锌渣，考察了初始浓度、液固比和浸出温度等因素对锌、铁浸出率的影响，为该类物料的处理提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 实验原料

矿物组成分析

形状为烧结大块物料含锌废渣，经破碎磨矿过200目筛处理，取样分析，其分析结果见表1。

表1 锌渣主要化学成分 单位：%

从表1可以看出，废料主要含有约16%锌、26%铁和20%的二氧化硅，铅、钙含量约4%。

1.2 工艺原理

废渣中的锌主要以ZnO、ZnO·Fe2O3和2ZnO·SiO3形式存在，铁主要以Fe2O3、Fe3O4和FeO·SiO2等形式存在，它们在硫酸中反应如下：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O

Fe2O3+3 H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

Fe3O4在稀硫酸溶液中不溶出，但在浓硫酸中部分溶出。

ZnO·Fe2O3属于难溶的锌物质，在低酸条件下基本不溶出，高酸沸腾条件下部分溶出。

硅酸锌和硅酸铁在浸出时能够溶解[3，4]，但在反应过程中易形成胶状的硅酸，呈半固体状态失去流动性，影响矿浆的沉降和过滤。提高反应温度和压力，浸出过程生成的硅酸在高温高压的条件下可转变为容易过滤的脱水SiO2进入渣中，解决矿浆难过滤的问题。

图1 Fe2O3-SO3-H2O系平衡状态图[5]

提高温度和压力，根据在75℃～200℃下铁和硫酸的浓度小于100g/l的Fe2O3-SO3-H2O系平衡状态图1看出，在高价铁溶液中，相应的Fe2(SO4)3浓度可能形成不同组分的化合物，稀的溶液中（Fe3+＜1g/l）形成针铁矿，较浓的溶液中（Fe3+＞20g/l）形成H3O[Fe3(SO4)2(OH)6]水合氢黄铁矾，在175℃～200℃高温下随着铁浓度的变化而生成不同的化合物，三价铁浓度较低时形成Fe2O3赤铁矿，三价铁浓度较高时形成Fe2O3·2SO3·H2O或FeSO4OH（铁的羟基硫酸盐），溶液温度由100℃提高到200℃可使铁在高酸性介质中沉出。

本次试验目的就是提高浸出温度，在氧化气氛下反应产生的二价铁被氧化为三价铁，溶液中的硫酸铁又形成易于过滤的水合氢黄铁矾入渣，降低溶液中的铁含量，同时沉铁时释放出硫酸进一步与锌、铁氧化物、硅酸盐发生反应，并且常压低酸下难溶的铁酸锌，在高温高压下被酸大量溶解。因此提高浸出温度，可将大量铁以氧化铁和铁矾的形式沉淀入渣，减少用于浸出铁氧化物的硫酸，同时可浸出常压条件下难以浸出的铁酸锌，从而提高锌的浸出率。

1.3 实验设备

主要设备：2L压力釜、烧杯、搅拌器等。

2 实验过程及讨论

2.1 初始酸度试验

在氧压浸出的情况下，分别进行初始酸浓度120g/l、150g/l、220g/l和245g/l的试验，初始酸度与锌铁浸出率的关系见图2。

图2 初始酸度与锌、铁浸出率的关系

图3 液固比与锌、铁浸出率的关系

从图2可以看出，浸出液中铁随着初始酸度的增大而提高，锌浸出率也随初始酸度的提高而提高，但初始酸度150g/l时，锌浸出率就达到91%以上，再提高初始酸度，锌浸出率提高幅度不大，初始酸度245g/l时，锌浸出率虽有所提高，但铁也大部分浸出，不利于后续工序的处理，综上所述，选择初始酸度150g/l较佳。

2.2 液固比试验

在氧压浸出的情况下，分别进行了液固比3：1、4：1和5:1的试验，液固比与锌铁浸出率的关系见图3。

从图3可以看出，降低液固比，浸出液中的锌铁含量有所升高，虽然反应时的初始酸度和反应后的终酸基本一致，但是液固比3：1时锌已大量浸出，又以硫酸锌的形式结晶在渣中，渣不进行洗涤锌含量达到5.24%，以液固比5：1进行渣洗涤，渣中锌可降至1.56%，考虑到水系膨胀，较佳的液固比为5：1。

2.3 反应温度试验

在氧压浸出的情况下，分别进行反应温度95℃，120℃和150℃的试验，反应温度与锌铁浸出率的关系见图4。

从图4可以看出，浸出液中锌、铁含量随反应温度的升高而增加，游离酸随反应温度的升高而降低，锌浸出率随反应温度的升高而有所提高，考虑到在保证锌浸出率时，浸出液中的残酸较低，减轻后续净化处理负担，应选择浸出温度150℃较佳。

图4 反应温度与锌、铁浸出率的关系

3 结论

采用氧压酸浸强化冶金技术处理高铁硅锌渣，较佳的工艺参数为液固比5：1，初始酸度150g/l，反应温度150℃，锌浸出率可达90%以上，铁浸出率为20%左右。