低品位氧化锌矿浸出研究.pdf

d o i l O ．3 9 6 明．i s ∞．2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 0 4 低品位氧化锌矿浸出研究 圜杨金林，马少健，封金鹏，壬桂芳，莫伟，苏秀娟 广西大学资源与冶金学院，南宁5 3 0 0 0 4 摘要针对含铁高的低品位氧化锌矿石，考察了浸出方法、浸出剂、浸出剂初始浓度、液固比、浸出 时间和浸出温度等因素对锌、铁浸出率的影响。研究结果表明，碱性浸出时锌浸出率不到5 0 ％，铁浸 出率在0 ．1 ％以下，锌浸出率低的主要原因是部分锌以类质同象形式存在于铁矿物之中；硫酸浸出时 锌浸出率可达8 4 ％以上，但铁的浸出率也在3 0 ％以上． 关键词低品位氧化锌矿；高铁；类质同象；浸出 中图分类号T D 9 5 2 ．3 ；T D 9 2 5 ．6文献标识码A文章编号2 0 9 5 一1 7 4 4 2 叭2 0 1 - 0 0 3 6 - 0 3 随着硫化锌矿石的日益减少，氧化锌矿石愈来愈 受到重视。氧化锌矿是锌的次生矿，是一类重要的含 锌矿物，主要以菱锌矿、异极矿以及硅锌矿等形态存 在，含有大量的金属杂质，如铅、铁、镉、铜等，其中 脉石矿物主要为方解石、白云石、石英、黏土等【l J 。氧 化锌矿矿石品位相对较低、成分复杂，直接将矿石冶 炼时，回收利用的难度很大，生产成本相对较高。因 此，研究氧化锌矿的处理工艺显得十分重要。就目前而 言，氧化锌矿有两种处理工艺一是氧化锌矿经过选矿 富集后进行冶炼阶段得到金属锌；二是将氧化锌矿直 接冶炼处理得到金属锌，冶炼锌的方法又分为火法和 湿法两类闭。在生产实践中，氧化锌矿因具有难选、高 硅、高铁等特点，决定了其选冶技术难度较大，虽然 原矿直接搅拌酸浸一净化一电积工艺在生产中得到应 用，但该工艺技术条件控制要求严格，技术难度大，经 济效益受矿石含锌品位影响较大f 3 J 。因此，对不同类型 氧化锌矿石进行研究具有现实意义。试验矿石为含铁高 的低品位氧化锌矿石，其矿物组成简单，但部分锌是 以类质同象的形式存在于铁矿物中。前期采用常规物 理选矿方法回收有用矿物效果不佳，本文尝试采用常 规浸出工艺条件，考察影响有用金属锌、铁浸出的相 关因素，为后续开发利用该类型矿石提供基础数据。 l 矿石性质 研究矿石为某地含铁高的低品位氧化锌矿矿石，矿 石多元素分析结果见表l ，矿石x R D 分析结果见图l 。由 表l 可以看出，矿石含锌低，仅1 3 ％，含铁较高，达到 4 0 ．2 ％，属于高铁低品位氧化锌矿石。由图l 可以看出，矿 石矿物组成简单，主要金属矿物有菱铁矿、褐铁矿以及 少量菱锌矿；脉石矿物主要有石英等。通过对图谱的详 细分析表明，矿石中部分锌是以类质同象形式置换铁矿 物中的铁，这些存在于铁矿物中的锌的回收将是提高锌 浸出率的关键。 基金项目广西研究生教育创新计划与广西大学科研基金资助 项目 项目编号1 0 5 9 3 1 0 0 l 0 0 9 作者简介杨金林 1 9 7 5 一 ，男，湖北罗田人，讲师，主要 从事矿物加工工程专业教学与科研工作。 3 6 工程技术 E n g i n e er ．n g1 I e c h n o I o g y 万方数据 ■曰雹匿一 以．6 c j 砜i 屯执；毒 2 ．T h Ⅳ 图1 矿石x R D 图 表1 矿石多元素分析结果m 2 漫出试验研究 采用湿法冶金手段处理氧化锌矿石时，常用的方法 有酸性浸出和碱性浸出。酸性浸出具有高浸出率的优 点，但也容易带进杂质离子。酸性浸出采用的浸出剂有 硫酸、盐酸、硝酸等，但以硫酸更为普遍。碱性浸出可 以使氧化锌矿石中的铁、硅、钙、镁等杂质成分不进入 溶液，避免了酸性浸出带来的脱硅困难、渣鼍大、渣含 锌高等缺点。碱性浸出采用的浸出剂有氨水、氨水一铵 盐以及氢氧化钠等。本研究重点考察酸性浸出，即硫酸 浸出对锌、铁浸出率的影响。 2 ．1 碱性浸出研究 在碱性浸出研究中，采用氨水、氨水氯化铵、氨 水一硫酸铵与氨水一碳酸铵做浸出剂，考察了浸出剂种 类、浸出剂初始浓度、矿浆液固比、浸出时间、浸出温 度等因素对锌、铁浸出率的影响，研究结果表明，碱性 浸出获得的锌浸出率不到5 0 ％但铁浸出率很低，在01 ％ 以下。锌浸出率低的主要原因是部分锌是以类质同象形 式存在于铁矿物之中，而碱性浸出剂又不能破坏铁矿物 晶格．锌也就不能释放出来。 22 硫酸浸出研究 221 硫酸初始浓度的影响 在矿石浸出时，一般是先在固一液界面上迅速发生 反应，形成紧附矿粒表面的扩散层，此后，浸出剂和浸 出物必须穿过扩散层传输到界面或离开界面，因此，溶 液与矿粒表面上漫出剂的浓度差，或称浓度梯度是影响 浸出速率的主要因素之一。因矿粒表面试剂浓度小，所 以浸出剂的初始浓度是影响浸出速率的主要因素】。为 考察硫酸初始浓度对锌、铁浸出率的影响，进行硫酸初 始浓度试验。试验条件矿浆液固比6 l ，浸出温度6 0 ℃，浸 出时间1 2 0m i n ，不同硫酸初始浓度对浸出率的影响试验 结果见图2 。对部分浸出产品进行x R D 分析，见图3 。 硫酸韧始浓J 势幢L 图2 硫酸初始浓度对与锌、铁浸出率的影响 2 0 0 ∥L 。一 1 0 0g ，L A _l u ⋯ ，竺苎 2 0 蚰 图3 不同硫酸初始浓度浸出产品的x R D 图 从图2 可以看出，硫酸初始浓度从2 0g ，L 变化到 2 0 0g ，L ，锌浸出率与铁浸出率均随之变大；当硫酸初始 浓度小于1 0 0g ，L 时，锌与铁的浸出速度快；在1 0 0 扎 之后，锌与铁的缦出速度变慢，此时能得到大于8 0 ％ 的锌浸出率，但铁浸出率也在3 0 ％以上。从图3 可以 看出，在低酸度时，溶于酸的主要是易溶锌，如菱锌矿，硫 酸浓度逐渐增大后．耗酸的主要是菱铁矿。 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期 3 7 万方数据 2 ．2 ．2 液固比的影响 由于增大液固比可使矿浆黏度减小敢善扩散条件故 浸出速率随着矿浆液固比增大而加快。但是，增大液固 比致使浸出槽容积变大，设备投资增加，也使生产成本增 大。降低液固比使矿浆黏度增大，外扩散阻力增强．导致 漫出速率降低．并对矿浆搅拌和输送不利”4 】。因此，选 择合适的液固比比较重要。液固比试验条件硫酸初始 浓度1 0 0g ／L ，浸出温度6 0 ℃，浸出时间1 2 0m i n ，不同 矿浆液固比的试验结果见图4 。 从图4 可以看出，随着矿浆液固比的增大，锌浸出 率与铁浸出率也逐渐增大。不过，液固比在小于6 l 之 前，锌浸出率与铁浸出率增大速度快。在液固比大于 6 1 之后．锌浸出率与铁浸出率增大速度变慢。 液固比 图4 液固比对锌、铁浸出率的影响 223 浸出时间的影响 延长浸出时间有利于提高有用金属的浸出率。但 是，浸出时间过长会降低设各处理能力，增大设备数 量，导致基建投资和经营费用增加”4J 。因此，有必要 考察浸出时间对锌、铁浸出率的影响。试验条件硫酸 初始浓度1 0 0 札，矿浆液固比6 1 ，浸出温度6 0 ℃，不 同浸出时间的试验结果见图5 。对其中部分浸出产品进 行了x R D 分析，结果如图6 所示。 22 4 浸出温度的影响 从浸出动力学来看，浸出温度对多数浸出的化学反 应速率和扩散速率都有影响。温度升高，矿粒内能增 多，破坏或削弱矿物中化学键的能力增强，动能等于 或大于活化能的分子数目增多，浸出速率加快。虽然 提高反应温度有利于提高多相反应速度，但随着温度 的提高，能耗的增加也不得不考虑，所以浸出温度一般 在1 0 0 ℃以下为宜M 】。浸出温度试验的试验条件为 硫酸初始浓度1 0 0 虮，浸出液固比为6 1 ，浸出时间 1 2 0m i n 。不同浸出温度的试验结果见图7 。 浸m 时间№ 图5 浸出时间对锌、铁浸出率的影响 。。一J j 矗。。～．。琶竺 J 。．．I ，一．J 、 02 03 04 05 06 0 7 0 2 ．T h e n H “ 图6 不同浸出时间产品的x R D 图 浸出温度／℃ 图7 浸出温度对锌、铁浸出率的影响 从图7 可以看出，浸出温度升高，锌浸出率与铁 浸出率也随之增大。在6 0 ℃之前，锌与铁浸出速度 快，此时溶出的主要是易溶矿物如菱锌矿、菱铁矿中 的锌铁。在浸出温度高于6 0 ℃时，锌与铁的浸出率增 大速度均变慢。 下转第4 3 页 3 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 型采矿法。对于缓倾斜极薄矿脉开采。可用矿岩分掘，废 石抛掷充填空区，即削壁充填和爆力运矿相结合的采矿 法。对于厚大而矿岩较稳固的矿体，可用浅孔和中深孔 空场采矿法开采，采后空区用尾砂胶结、块石胶结或高 水材料充填，即阶段连续回采快速充填工艺，既降低成 本，又增加效率，也做到对采窄区的处理”。8 】。 1 分段空场嗣后充填采矿方法开采杜达铅锌矿倾 斜一急倾斜厚矿体得到了较好的应用，适合该矿地质条 件较为复杂、矿体埋藏深、地压大、断层裂隙含水多、地 表不允许塌陷的特点。 2 采用铲运机、坑内卡车等大型无轨采掘设备进行 杜达铅锌矿分段空场嗣后充填采矿，降低了采切比，采 场综合生产能力较高，平均达6 0 0 似以上，生产效率较高。 3 该采矿方法目前施工设计留永久间隔矿柱，矿 体品位较高时可综合分析充填成本，考虑加强充填体强 度以进行矿柱回采，进一步降低矿石损失率。 从采切工程量及技术经济指标分析，杜达铅锌矿分 段空场嗣后充填采矿法各项指标良好。无轨设备铲运 机、坑内卡车的使用降低了采矿人员的劳动强度，具有 采场生产能力大、同采作业安全、采矿贫化率及损失率 较低、采矿成本低等诸多优点。因此，该采矿方法在杜 达铅锌矿倾斜一急倾斜厚矿体开采中具有重要的应用前 景，由此也将创造更多的经济效益和社会效益。 参考文献 【l 】彭士群，王洪武．进路充填采矿法充填技术探讨[ J 】．中国矿 山工程，2 0 0 4 3 3 0 - 3 3 ． [ 2 】阳国盛，胡训华．分段凿岩阶段空场嗣后干式充填采矿法在 黄沙坪矿的应用[ J 】．湖南有色金属，2 0 0 8 6 l - 5 ． [ 3 】朱明海，王李管，肖英才，等．D I M I N E 软件对分段空场嗣 后充填采矿法的研究明．现代矿业，2 0 1 1 4 7 一l O ． [ 4 ] 刘仁勤．绍兴平水铜矿采矿方法选择[ J 】．矿业快报， 2 0 0 7 1 1 6 3 - 6 4 ． 【5 】张省军．全尾砂用于分段空场法嗣后胶结充填的实践【J 】．金 属矿山，1 9 9 6 4 1 8 - 2 1 ． [ 6 】韦华南，古德生．某矿分段凿岩阶段矿房嗣后联合充填采矿 法试验研究[ J 】．黄金，2 0 l O 6 2 3 - 2 8 ． 【7 】张海波，宋卫东．评述国内外充填采矿技术发展现状叨．中 国矿业，2 0 0 9 1 2 5 9 - 6 2 ． [ 8 】张海波，宋卫东，许英霞．充填采矿技术应用发展及存在问 题研究【J 】黄金，2 0 1 0 1 2 3 2 5 ． 上接第3 8 页 3 结论 研究矿石矿物组成简单，但含锌低，含铁较高，属 于高铁低品位氧化锌矿石。由于部分锌以类质『司象形 式存在于铁矿物之中，采用氨水或氨水一铵盐作浸出 剂的碱性浸出效果较差，锌浸出率不到5 0 ％。采用硫 酸作浸出剂的酸性浸出效果较好，在硫酸浓度1 0 0g ／ L ，液固比6 1 、浸出温度6 0 ℃、浸出时间1 2 0m i n 的条件下，锌的浸出率达到8 4 ％，但铁的浸出率也较 高，在3 0 ％以上。因此，后续研究可以从火法冶金角 度考虑，在尽可能回收锌矿物的基础上，实现铁矿物 的综合回收。 参考文献 【l 】唐双华，覃文庆，何名飞，等．氧化锌矿硫化一胺法浮选及 浸出研究[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 7 ，2 3 3 5 - 7 ． [ 2 】陈爱良，赵中伟，贾希俊，等．氧化锌矿综合利用现状与展 望[ J 】矿冶工程，2 0 0 8 ，2 8 6 6 2 6 6 ． [ 3 】陈世明，瞿开流．兰坪氧化锌矿石处理方法探讨【J 】．云南冶 金，1 9 9 8 ，2 7 1 0 3 1 3 5 ． 【4 ] 黄礼煌．金银提取技术[ M 】．北京冶金工业出版社，2 0 0 l 1 5 1 一1 5 8 ． 【5 】杨金林．某钼精矿酸浸降磷提钼试验研究叨．有色金属， 2 0 l l ，6 3 2 1 7 9 1 8 1 ． 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期 4 3 万方数据