高铁闪锌矿精矿高氧催化氧化氨浸工艺试验.pdf

第6 3 卷第2 期有色金属v 。1 ．6 3 ．N 。．2 2 O11 年5 月 N o n r e r r D u sM e t a l B M a y2ol l D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．I s s n ．1 0 0 l 一0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 3 7 高铁闪锌矿精矿高氧催化氧化氨浸工艺试验 王书民1 ”，樊雪梅2 ，张国春2 ，郑行望1 1 ．陕西师范大学化学与材料科学学院，西安7 10 0 6 2 ； 2 ．商洛学院化学与化学工程系，陕西商洛7 2 6 0 0 0 摘 要采用L 2 5 5 6 正交设计表，研究高铁闪锌矿精矿高氧催化氧化氨浸工艺的最佳t 艺条件。结果表明，在2 5 ℃、氧分 压为6 0 0 k P a 、液固比为7 ．O 条件下，以碳铵- 氨水一双氧水- 催化剂体系氧化浸出高铁闪锌矿精矿8 h ，锌、铜、镉的浸出率分别町以达 到9 3 ％，9 4 ％，9 I ％．浸取液中不含铁。 关键词冶金技术；铁闪锌矿；催化氧化；氨水；浸出率 中图分类号T 聃1 3 ；T F 8 0 3 ．2 l文献标识码A 文章编号l o o l 0 2 l l 2 0 l I 0 2 一0 1 5 5 一0 4 目前，世界上9 0 ％以上的锌是通过硫化锌精矿 冶炼而来的，而锌的硫化矿主要为闪锌矿和铁闪锌 矿两大类。在铁闪锌矿中，铁在矿山形成过程中逐 渐取代闪锌矿中的部分锌而嵌入硫化锌晶格中，在 沸腾焙烧过程中与锌易形成稳定的铁酸锌相⋯。 目前传统湿法炼锌工艺中，“焙烧- 浸出一净化． 电积”工艺占绝对优势，世界上有8 5 ％一9 0 ％的锌 是通过该工艺生产的。 铁闪锌矿为我国主要锌矿资源之一，由这类矿 石浮选产出的高铁锌精矿，含锌低 4 0 ％左右 、含 铁高 1 3 ％一1 8 ％ ，其焙砂的锌浸出率低于8 0 ％。 需经高温高酸浸出，才能使锌的浸出率达到9 0 ％以 上，以满足电沉积工艺的要求。这时铁的浸出率一 般高于8 0 ％，在除铁净化时将消耗大量的试剂，使 锌冶炼成本增大，同时产出大量的铁渣严重污染环 境，严重制约着矿山的发展心。3 】。因此，必须开发出 新工艺流程处理这类锌精矿。 目前，对高铁闪锌矿湿法浸取的研究最多的是 高氧酸浸法m6 1 ，该方法对设备的腐蚀特别大，浸取 的选择性差，且会产生硫化氢气体⋯，而高氧催化 氧化氨浸法可采用铁制容器，锌、铜、镉的浸取率极 高，而浸取液中不含铁。 1 实验方法 1 ．1 所用仪器与试剂 试验所用仪器有P H s 一3 c 型酸度计、A A 7 0 0 2 型 火焰式原子吸收光谱仪。所用主要试剂有氨水、碳 铵、硝酸、盐酸、氧气、双氧水。 1 ．2 高铁闪锌矿成分分析 将干燥的铁闪锌矿精矿粉用浓盐酸和硝酸的混 酸溶解，加一定量的硫酸，蒸发近干，冷却后加水定 溶，并稀释到l O “数量级。用原子吸收光谱仪测定 其中的锌、铜、镉、铁的准确含量，以便计算浸取效 果，试样3 为试验研究的对象。 表l高铁闪锌矿化学成分／％ T a b l e1C h e m i c a lc o m p o n e n t so f8 p h a l e r i t e 序号 Z n l4 3 ．7 5 24 5 ．0 7 34 I ．3 l SC u 2 9 ．2 01 ．9 8 2 9 ．7 0I ．8 8 3 0 ．2 42 ．0 4 C dF e A BS bP b C a 0M 卫0 O ．3 51 6 ．8 5I ．1 2 0 ．3 23 ．2 3 0 ．4 2O ．6 2 O ．3 81 5 ．4 0O ．8 90 ．2 5 3 ．1 00 ．3 5 0 ．3 3 0 ．4 l1 7 ．2 4I ．0 IO ．3 4 3 ．5 50 ．5 2O ．6 5 A 1 2 0 3 O ．5 l O ．4 2 0 ．5 4 S i 0 2 1 ．6 5 2 ．2 3 2 ．1 5 收稿日期2 0 0 9 一0 2 2 6 基金项目陕两省教育厅专项科学研究蕈金资助项目 9 8 J K 0 3 5 ； 陕西省教育厅专项科学研究基金资助项H 0 6 J K 3 0 5 作者简介王书民 1 9 6 6 一 ．男．陕西富平县人．副教授．硕士．主要 从事有色金属分离与仪器分析等方面的研究。 2 有用成分的浸出 2 ．1 有关化学反应 浸出过程的化学反应如反应 1 和反应 2 所 示，其中M 代表z n ，C u 。C d 。 万方数据 1 5 6有色金属 第6 3 卷 2 M s 0 2 8 N H 3 2 H 2 0 2 [ M N H 3 4 ] 2 2 Sl 4 0 H 一 1 4 F e S 3 0 2 4 C 0 3 2 一 4 S 上 8 0 H 一 6 H 2 0 4 F e 0 H c 0 3i 2 2 ．2 碳铵和氨水的用量的确定 在高铁闪锌矿精矿中，锌、铜、镉、铁主要以硫化 物的形式存在，其能不能被完全浸出，首决条件是其 能不能被完全氧化。二价硫离子将被氧化为单质 硫，锌、铜、镉都以二价阳离子与大量的氨作用，形成 稳定的四氨配离子进入溶液。 为了减少铁等杂质的浸出，采用8 m o l ／L 氨水的 碳铵饱和溶液。过量的氨水保证了锌、铜、镉的二价 离子形成稳定的四氨配离子，进入溶液。而大量的 碳铵保证了铁等杂质形成碱式碳酸盐沉淀，留在矿 渣中‘8 。1 03 。 2 ．3催化氧化 该方法的氧化剂主要是高压氧气，在碱性介 质中，双氧水的氧化能力高于氧气，加入双氧水可以 加快浸出速度。同时可以将铁氧化为三价，从而防 止了铁的浸出。选择M n O 作催化剂。 2 ．4 温度对锌、铜、镉、铁浸取率的影响 升高温度，反应速度加快，但由于浸取体系中有 大量的易挥发性物质，升高温度对配位反应不利，故 采用常温浸出。 2 ．5 因素- 水平表的确定 影响该工艺的因素很多，根据以往研究2 3 。， 主要考察氧气分压、双氧水和催化剂用量、反应时间 以及液固比，对应的取值如表2 所示。 表2 因素- 水平表 T a b l e2F a c t o r sa n dl e v e l 8 2 ．6 正交试验 每次取第三组样品5 0 9 ，按照表3 设计要求进 行试验，反应结束后，用原子吸收法测定浸出液中 锌、铜、镉、铁的含量。 表3 最佳工艺条件的正交试验表L 笛 5 ‘ T a b l e3 0 r t h o g o n a le x p e r i m e n t sd i s p o s i t i o nc o n d i t i o n 万方数据 第2 期王书民等高铁闪锌矿精矿高氧催化氧化氨浸工艺试验 1 5 7 2 ．7 最佳工艺条件 通过以上研究可以看出，在常温 2 5 ℃ 下，利 用“碳铵- 氨水一双氧水一催化剂”浸取体系，在氧分压 为6 0 0 k P a 、液固比7 ．0 条件下，催化氧化浸出高铁 硫化锌矿精矿8 h ，可以使锌、铜、镉的浸出率分别达 到9 7 ％，9 8 ％，9 5 ％，而铁不被浸取。 2 ．8 最佳工艺条件下不同样品的放大处理情况 在所选择的条件下，取三种样品各5 k g 进行处 理 各平行操作5 次 ，结果 平均值 见表4 。 表4 高铁闪锌矿的化学成分提取／％ T a b l e4C h e m i c a lc o m p o n e n t sa n dl e a c h i n gr a t eo f8 p h a l e r i t e 从试验结果可以看出，在选定条件下，处理不同 组分的高铁闪锌矿精矿粉，锌一次提取率达9 3 ％以 上，铜一次提取率达9 4 ％以上，镉一次提取率达 9 1 ％以上，而铁保留在残渣中不被提取。 2 ．9 工艺流程 为了提高提取率，防止环境污染，要进行二级提 取。二级提取液不直接用于金属冶炼，而是经添加 浸取剂之后循环使用。具体工艺流程如图1 所示。 3结论 取就可以使锌、铜、镉的浸出率分别达到9 3 ％，9 4 ％， 9 l ％，而铁保留在残渣中不被浸取。经二级浸取后。 锌、铜、镉等有效成分的浸取率将达到预期效果。 在常温 2 5 ℃ 下，利用- 碳铵．氨水一双I 氧水．催 冶炼 化剂”浸取体系，在氧分压为6 0 0 k P a 、液固比7 ．0 条 件下，催化氧化浸出高铁闪锌矿精矿8 h ，经一级浸 参考文献 图l 工艺流程 F i g ．1T e c h n o I o g yn o w B h e e t [ 1 ] 周廷熙，王吉坤．高铁硫化锌精矿冶炼工艺研究进展[ J ] ．中国有色冶金。2 0 0 6 ，3 5 1 1 3 一1 7 ． [ 2 ] 王吉坤，周廷熙，吴锦梅．高铁闪锌矿精矿加压酸浸新工艺研究[ J 】．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 1 5 8 ． [ 3 ] 王玉芳，蒋开喜，王海北．高铁闪锌矿低温低压浸出新工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 4 4 6 ． [ 4 ] 胡建东．许民．蒋俊洋．硫化锌精矿的催化氧化酸浸工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 5 2 l 一2 3 ． [ 5 ] 王海北，蒋开喜．施友富，等．硫化锌精矿加压酸浸新工艺研究【J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 4 2 4 ，1 1 ． [ 6 ] 徐志峰，邱定蕃，卢惠民，等．锌精矿氧压酸浸过程的研究进展[ J ] ．有色金属，2 0 0 5 。5 7 2 l O l 1 0 5 ． [ 7 ] 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s t I a c t T h eo p t i m a lc o n d i t i o nf o rt l l ea m m o n i ac a t a l y t i co x i d a t i o no ft h eh 培hi r o n c o n t 8 i n i n gs p h a l e r i t ew i t I lh i g h p r e 8 s u r eo x y g e ni si n v e s t i g a t e db yo n h o g o n a le x p e r i m e n tu s i n gt a b l eo fL 2 5 5 6 ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n g r a t e so fz i n c ，c o p p e r ，c a d m i u mf m mt h eh i g hi r o nc o n t a i n i n gs p h a l e r i t ea r eu p9 3 ％，9 4 ％a n d9 1 ％，r e s p e c t i V e l y ， b ys a l v o l a t i l e - a m m o n i aw a t e 卜p e r h y d r o l - c a t a l y s ts y s t e mu n d e rt h e c o n d i t i o no f2 5 ℃，6 0 0 k P ao x y g e n p r e s s u r e ，7 ．0L ／Sm t i o ，l e a c h i n gt i m e8 h ，a n dt h e r ei sn oi r o ni ns o l u t i o n ． p a r t i a l K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；h i g hi r o nc o n t a i n i n gs p h a l e r i t e ；c a t a l y t i co x i d a t i o n ；a m m o n i aw a t e r ；l e a c h i n gr a t e 责任编辑张振健 上接第1 2 l 页，C 帅t i n u e df m mP 1 2 1 ． D e s i g na n dA p p l i c a t i o no fo n n n eD e t e r m i n a t i o na n dC o n t r o lS y s t e mo f p HV a l u ef o rS p h e r i c a lN i o H 2P r e p a r a t i o n 正J7 钿，C 删r ．I v 凡i 6 五∞，C ￡，DR D 昭- g “，F UZ o 昭- 加e n ，y U “m i n ，觚A 乳玮，删ⅣCW r e n 口∞Ⅱ B e 咖昭c e n e m ZR e s ∞r c ．I Ik 珈“e 如r ⅣD n - 凡肿mJ 】I f e t 口b ，| B e 彬n g1 0 0 0 8 8 ，c 洒 A b s t r a c t D u r i n gt h ep r e p a r a t i o no ft l l es p h e r i c a lN i O H 2 ，p Hm e t e rm 8 yb ei n n u e n c e db ys o m ee n V i 咖m e n t a lf a c t o 糟， s u c ha sh i g hs a l i n i t y ，h i g ha l k a l i n i t y ，h i g ht e m p e r a t u 舱明ds t r o n gc o n V e c t i o n ．T h es t a b i l i t y 蛐dl d ．e t i m eo fp H m e t e rw o u l db es h o n e n e d ，a n dt l l ed e t e 咖i n a t i o na n dc o n t r o lo fp Hp a r a m e t e ra r ed i f n c u I LS oas e to ft I I eo n l i n e d e t e 珊i n a t i o na n dc o n t m ls y s t e mo fp Hv a l u ea r ed e s i g n e d ．T h em e t l l o dd e t e 咖i n i n gt l I er e l a t i v ep HV a l u eo u t s i d eo f t l I e 弛a c t o ri si n t m d u c e da n dt h eo n l i n ed e t e 唧i n a t i o nd e v i c eo fp Hv a l u ei 8d e s i g n e d ． hi m p l e m e n t st h e n 耵m w m n g en u c t u a t i o nf 如m0 ．0 2t o0 ．0 50 fp Hv a l v e ． M e a n w h i I em ec o n t m Is y s t e mb a s e do nc o n f i g u m t i o n ∞f t w a 陀a n dp r o g m m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r P L C i sd e s i g n e da n dt l l e r ei 8ag o o d 他s u l ti n 陀a J - t i m e ． K e y w o r d s i n o r g a n i en o n m e t a lm a t e r i a l ；s p h e r i c a lN i O H 2 ；p HV a l u eo n l i n ec o n t m l ；c o n f i g u 豫t i o n ∞f t w 呲；p m g r 锄m a b l el o g i cc o n t r o l l e r P L C 责任编辑张振健 万方数据