湿法炼锌酸性浸出条件优化及元素浸出行为研究

王 勇，廖贻鹏，苗华磊

（株洲冶炼集团股份有限公司，湖南 株洲 412004）

常规湿法炼锌工艺主要包括氧化焙烧—两段浸出—净化—电积四个主要步骤，是目前应用最为广泛的一种炼锌工艺。该法以硫化锌精矿为原料，在高温下氧化焙烧得到锌焙砂，过程中锌、铁等元素被氧化成高价态化合物，一部分锌、铁的氧化物相互反应生成难溶于水和稀酸的铁酸锌（ZnO·Fe2O3），在硫酸的作用下，锌焙砂中的有价金属进入溶液中，而铁酸锌的浸出率只有2%～3%，浸出渣中60%以上的锌以铁酸锌的形式存在，浸出渣含锌18% ～20%，浸出过程渣率为45% ～50%左右［1～7］。有的锌冶炼企业为了提高锌的浸出率，采用热酸浸出工艺破坏铁酸锌的结构，此时铁也被大量浸出，后续需要采取复杂的工艺进行沉铁，沉铁渣属于危废的范畴，品位普遍偏低，难以回收利用，造成二次污染和资源浪费［8，9］。

以湿法炼锌工艺为基础，开展酸性浸出条件优化及元素浸出行为研究，在适当的条件下既提高锌的浸出率又可防止铁被大量浸出，将有利于降低浸出渣率、减少渣处理能耗、节约生产成本，具有明显的经济及环保效益。

1 试验部分

1.1 试验原料及试剂

试验的原料为国内某湿法炼锌厂的中性浓密机底流，过滤后烘干，取样分析主要成分及锌的物相，分析结果见表1和表2。

表1 中浸渣主要成分分析结果 %

表2 中浸渣锌物相分析结果 %

硫酸锌、氧化锌、硅酸锌容易被硫酸浸出，硫化锌需要在氧化性气氛下才可浸出，而铁酸锌在常规酸浸条件下几乎不被浸出。

试验所用试剂主要有含量为98.3%的分析纯硫酸以及自制的去离子水。

1.2 试验仪器及设备

试验所用仪器及设备清单见表3。

表3 主要仪器与设备

1.3 试验方法及流程

中性浓密机底流用旋片式真空泵抽滤实现固液分离，得到中性浸出滤渣及滤液，从滤渣中取出100 g放置在托盘中，在鼓风干燥箱中于100℃下烘干直至质量不再变化，用电子天平称量干渣的重量，根据重量损失计算滤渣含水率；根据试验需要，配制成一定浓度及体积的稀硫酸溶液，在恒温水浴中加热并不断搅拌，向稀硫酸溶液中加入中性滤渣，根据液固比计算所需的干渣量，然后依据含水率折算成中性滤渣的实际加入量，反应完成后过滤并将浸出渣烘干，取浸出渣分析主要成分及物相，考察不同浸出条件下元素的浸出率、渣含锌及渣银品位的变化。

2 试验结果与讨论

2.1 终酸的影响

2.1.1 终酸对渣含锌及渣率的影响

控制不同的终酸，在温度T=90℃、液固比R=7～9∶1的条件下进行酸性浸出，浸出时间为t=5 h，过滤，用热水洗涤滤渣，考察不同终酸对渣含锌及渣率的影响，结果如图1所示。

图1 终酸对渣含锌及渣率的影响

从图1可知，随着酸性浸出终酸的提高，浸出渣中元素被浸出的趋势加强，渣率逐渐地降低；渣含锌随着浸出终酸的提高呈先降低后上升的趋势，浸出前期随着终酸的提高，易浸形态的锌化合物被大量浸出，渣中锌的总量下降趋势大于渣率下降的趋势，渣含锌会出现下降的情况，浸出后期锌以铁酸锌等难浸化合物形态存在，随着终酸的提高，其它元素优先于锌被浸出，渣率继续下降，浸出渣中锌的下降趋势小于渣率下降趋势，渣含锌反而会出现上升的结果。可以推测若继续提高终酸，难浸的铁酸锌等化合物也将被浸出，渣含锌仍会继续下降。从试验结果可知，浸出终酸不宜控制过高，过高的终酸会使大量的铁酸锌被浸出，浸出液中铁含量将升高，增加了除铁的难度与成本，选择终酸为40 g／L为宜。

2.1.2 终酸对渣银品位的影响

控制不同的终酸，在温度T=90℃、液固比R=7～9∶1的条件下进行酸性浸出，浸出时间为t=5 h，过滤，用热水洗涤滤渣，考察终酸对渣银品位的影响，结果如图2所示。

图2 终酸对渣银品位的影响

从图2可知，随着酸性浸出终酸的提高，浸出渣中银的品位从250 g／t逐步提高至390 g／t，这是由于终酸提高后，浸出渣中的有价金属逐步被浸出，银几乎不与硫酸反应，仍然留在渣中，浸出渣率随着终酸的提高而降低，渣银品位也将随之升高，渣银品位的提高有利于银浮选过程银的回收。

2.1.3 终酸对元素浸出率的影响

在温度T=90℃、液固比R=7～9∶1的条件下进行酸性浸出，浸出时间为t=5 h，过滤，用热水洗涤滤渣，考察浸出终酸对渣中锌、铜、铁、钴、镍、氟、氯等元素分布的影响情况，结果如图3所示。

图3 终酸对浸出过程元素浸出率的影响

从图3可知，随着终酸从25 g／L提高至50 g／L，有价金属Zn、Cu、Co、Ni的浸出率逐步上升，提高终酸有利于元素的浸出，此时杂质元素Fe、F、Cl的浸出率也随之提高，Fe的大量浸出将增加除铁工序的负担，F、Cl的大量浸出将加快管道、设备的腐蚀程度，影响电解工序的操作环境及析出锌质量。因此将终酸控制在40 g／L左右既能较大程度地保证有价金属的浸出率，又可降低杂质金属的浸出带来的负面影响。

2.2 液固比的影响

在温度T=90℃、终酸40 g／L的条件下，对比了不同液固比的酸性浸出试验，考察液固比的影响，反应时间为t=5 h，过滤，热水洗涤滤渣，结果见表4。

表4 不同液固比条件下的浸出结果 %

从表4可知，将液固比从7～9∶1提高至10～12∶1时，浸出渣率差别不大，各元素在浸出渣中的含量变化亦不明显。因此，控制液固比为7～9∶1即可满足要求，更有利于系统体积的稳定控制。

2.3 温度的影响

2.3.1 温度对渣含锌及渣率的影响

在液固比R=7～9∶1、终酸40 g／L的条件下，浸出时间为t=5 h，过滤，热水洗涤滤渣，改变酸性浸出温度，考察温度对渣含锌及渣率的影响，结果如图4所示。

图4 温度对渣含锌及渣率的影响

从图4可知，随着浸出温度的提高，渣率及渣含锌逐步降低，当温度大于90℃后，渣含锌及渣率降低的趋势变缓，因此浸出温度控制在90℃左右即可满足要求，过高的浸出温度将增加蒸汽用量，使能耗增加。

2.3.2 温度对渣银品位的影响

控制不同的浸出温度，在液固比R=7～9∶1、终酸40 g／L的条件下进行高温高酸浸出，浸出时间为t=5 h，过滤，用热水洗涤滤渣，考察浸出温度对渣银品位的影响情况，结果如图5所示。

从图5可知，随着浸出温度的提高，浸出渣中银的品位逐步提高，当浸出温度大于90℃以后，渣银品位提高不明显，因此将浸出温度控制到90℃即可。

图5 浸出温度对渣银品位的影响

2.3.3 温度对元素浸出率的影响

控制不同的浸出温度，在液固比R=7～9∶1、终酸40 g／L的条件下进行高温高酸浸出，浸出时间为t=5 h，过滤，用热水洗涤滤渣，考察浸出温度对渣中锌、铜、铁、钴、镍、氟、氯等元素分布的影响情况，结果如图6所示。

图6 温度对浸出过程元素浸出率的影响

从图6可知，随着浸出温度的提高，有价元素Zn、Cu、Co、Ni的浸出率提升较为缓慢，温度对它们的浸出率影响较小，温度控制在90℃时既能保证浸出速率，又能使有价金属的浸出率相对较高，满足生产的需求。

2.4 最佳条件试验

在浸出温度为90℃、液固比R=7～9∶1、终酸40 g／L、反应时间5 h的条件下开展最佳条件试验，结果见表5。浸出渣中锌、银的物相分析结果见表6、表7。

表5 最佳条件试验结果 %

表6 浸出渣中锌的物相分析结果 %

表7 浸出渣中银的物相分析结果 g／t

由表5可知，在最佳试验条件下，浸出渣含锌为17.87%、渣含银0.038%。

从表6可看出，锌在铁酸锌物相中分布最多，说明在此试验条件下，无法将铁酸锌分解，必须破坏铁酸锌的结构，才能继续提高锌的浸出率，相对于中浸渣而言，酸浸渣中硅酸锌的含量大幅度降低，硅的大量浸出将影响矿浆的过滤性能。

从表7可知，浸出渣中的银以单质银为主，其次是硫化矿物中银和硫化银，银品位的提高有利于银的浮选回收［10］。

3 结 论

1.中浸渣中锌的物相主要为硫酸锌、氧化锌、硫化锌、硅酸锌、铁酸锌。

2.试验的最佳条件为：浸出温度90℃，液固比7～9∶1，终酸40 g／L，浸出时间为5 h，此时锌的浸出率为75.97%，渣含锌为17.87%，渣率为37%，渣银品位为380 g／t。

3.浸出渣的物相结果表明，最佳试验条件下，除铁酸锌外，其它形态的锌基本被浸出完全，90%的锌以铁酸锌形态存在，银则主要以单质银和硫化银的形态存在。