锌冶炼除铁工艺优化改进试验研究.pdf

2 0 1 8 年第1 l 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 8 ．11 ．0 0 2 锌冶炼除铁工艺优化改进试验研究 鲁兴武，程亮，李俞良，马爱军，贡大雷 西北矿冶研究院，甘肃省有色金属冶炼新工艺 及伴生稀散金属高效综合利用重点实验室，甘肃白银7 3 0 9 0 0 摘要传统铁矾工艺含锌高、含铁低，其中的金属资源无法综合利用。采用热酸浸出、还原、加压除铁工 艺，锌、铁的总回收率都在9 5 ％以上，铁渣可作为铁精矿出售，既综合利用了铁资源又高效分离了锌铁， 实现了无铁矾渣湿法炼锌。 关键词湿法炼锌；工艺优化；加压除铁 中图分类号T F 8 1 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 8 1 1 0 0 0 7 0 4 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nO p t i m i z a t i o na n dI m p r o v e m e n to fI r o n R e m o v a lP r o c e s sf o rZ i n cH y d r o m e t a l l u r g y L UX i n g W U ，C H E N GL i a n g ，L IY u l i a n g ，M AA i ju n ，G o N GD a l e i N o r t h w e s tR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，K e yL a b o r a t o r yo fN e wP r o c e s sf o rN o n f e r r o u sM e t a lS m e l t i n g a n dR a r eM e t a lH i g hU t i l i z a t i o nE f f i c i e n c yi nG a n s uP r o v i n c e ，B a i y i n7 3 0 9 0 0 ，G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t T r a d i t i o n a lf e r r o a l u m e np r o c e s sh a st h ed i s a d v a n t a g e so fh i g hz i n ca n dl o wi r o nc o n t e n t ，a n d u n a v a i l a b l ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fm e t a lr e s o u r c e ．T o t a lr e c o v e r yr a t eo fz i n ca n di r o ni Sb o t h9 5 ％ a b o v ea f t e ri m p r o v e db yp r o c e s so fh o ta c i dl e a c h i n g ，r e d u c t i o na n dp r e s s u r i z a t i o ni r o nr e m o v a l ．I r o ns l a g p r o d u c e db yh i g hp r e s s u r ec a nb ef o rs a l ea si r o nc o n c e n t r a t e ．C o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fi r o nr e s o u r c e s a n dh i g he f f i c i e n ts e p a r a t i o no fz i n ca n di r o ni nz i n cm e t a l l u r g ya r ea c h i e v e d ．Z i n ch y d r o m e t a l l u r g yw i t h f r e ef e r r o a l u m e ns l a gi sr e a l i z e d ． K e yw o r d s z i n ch y d r o m e t a l l u r g y ；p r o c e s so p t i m i z a t i o n ；i r o nr e m o v a lw i t ho x y g e np r e s s u r e 目前，国内大部分湿法炼锌企业采用流态化焙 烧一两段浸出一黄钾 钠 铁矾法除铁一锑盐净化除 杂的方法进行锌精矿处理和提纯。尽管“铁矾法”的 应用促进了锌冶炼工业的发展[ 1 q ] ，但随着环保要求 更加严厉，优质资源锐减，铁矾工艺已经不能满足循 环经济发展的要求。若能开发出一种能有效推广的 非铁矾除铁工艺，实现除铁渣的资源化利用，减少或 消除环境污染，则具有广阔的市场前景口_ ] 。 影响湿法炼锌企业环保和综合回收效益的主要 是铁矾渣和酸浸渣，国内有研究提出采用火法工艺 收稿日期2 0 1 8 0 7 3 1 基金项目甘肃省科技厅科技重大专项计划 1 7 Z D 2 F D 0 1 3 作者简介鲁兴武 1 9 8 5 一 ，男，甘肃武威人，工程师． 对两渣进行挥发后回系统的处理，但是该工艺投资 大 初步估计约5 亿元 ，而且能耗高，产生的大量火 法渣会对环境造成二次污染。根据我院前期调研， 酸浸渣采用浮选富集铅银的工艺投资低、环境污染 小、综合经济效益显著；而铁矾渣目前还没有一种很 有效的处理工艺[ 5 ’6 ] ，因此，开发一种使锌精矿中的 铁得到资源化，酸浸渣中的银含量提高的工艺，不但 可解决铁矾渣堆存的环境污染和渣场的投资费用问 题，而且对于整个湿法炼锌工艺的核心竞争力提升 有重大意义L 6 J 。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 8 年第1 1 期 从集团公司当前的情况来看，湿法炼锌系统每 年产生的铁矾渣约1 0 万t ，若按火法工艺回收，技 术经济不合理，还会带来一系列难以解决的环保问 题。若能通过对湿法炼锌系统除铁工艺的研究和改 进，使锌精矿中的铁等有价元素全部得到综合回收 处理，可获得更大的经济效益和更强的市场竞争力。 1 试验原料 锌焙砂含A g6 2g ／ t ，其他主要元素成分 ％ Z n5 5 ．8 2 、S4 ．4 5 、O 2 3 ．7 8 、F e6 ．4 9 、S i1 ．3 1 、 C a1 ．2 6 、P b1 ．4 0 、A 10 ．3 7 4 、M g0 ．1 2 6 、C d0 ．1 2 8 、 M n0 ．1 3 5 、K0 ．1 7 7 、B a0 ．1 0 3 、C u0 ．1 1 2 、A s0 ．0 5 7 、 T i0 ．0 3 7 。采用硫酸对锌焙砂浸出，二段浸出，一段 中性浸出，二段高温高酸浸出。 采用热酸浸出液作为还原前液，锌精矿作为还 原剂。锌精矿含A g6 3g ／t ，其他主要元素成分 ％ Z n4 9 ．0 0 、S1 9 ．6 3 、O8 ．3 3 、F e4 ．5 9 、S i2 ．1 3 1 、 C a2 ．0 6 9 、P b1 ．0 5 8 、A l0 ．5 9 4 、C d0 ．1 2 5 、M n0 ．0 9 4 、K 0 ．0 6 8 、B a0 ．0 5 7 、C u0 ．0 5 6 、A s0 ．0 4 2 、T i0 ．0 3 4 。 2浸出试验结果及讨论 2 ．1 中性浸出 中性浸出，工业生产非常成熟，控制浸出温度 6 0 ～7 0 ℃、浸出时间2h 、液固比7 1 、酸度6 0g ／L 、 二氧化锰加入量5 ％，控制终点p H4 ．8 ～5 ．2 。得 到的中浸渣成分 ％ Z n2 2 ．9 6 、F e1 2 ．9 6 。 2 ．2 高温高酸浸出 2 ．2 ．1 浸出时间对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ～9 0 ℃、 液固比7 ；1 、酸度1 6 0g ／L ，改变浸出时间，试验结 果见图1 。图1 表明，铁浸出率随着浸出时间的增 加基本上呈上升趋势，一段高温高酸浸出铁浸出率 可以达到7 8 ％以上，综合考虑浸出时间以3h 为宜。 2 ．2 ．2 始酸浓度对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ～9 0 ℃、 液固比7 1 、浸出时间3h ，不同初始硫酸浓度下的 铁浸出率如图2 所示。由图2 可知，提高硫酸浓度 可以显著提高铁的浸出率，但是始酸浓度过高，终酸 浓度也过高，会造成中和消耗的锌焙砂过多，综合考 虑，始酸浓度以1 6 0g ／L 为宜。 2 ．2 ．3 液固比对铁浸出率的影响 固定条件中浸渣2 0 0g 、浸出温度8 5 ～9 0 ℃、 酸度1 6 0g ／I 。浸出时间3h 。液固比试验结果如图 3 所示，可知，铁浸出率随着液固比的增大而增大， 学 婚 丑 则 鲻 枣 碍 丑 则 搽 图1浸出时间对铁浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo n i r o nl e a c h i n gr a t e 图2 铁浸出率与始酸浓度的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni r o nl e a c h i n gr a t e a n di n i t i a la c i dc o n c e n t r a t i o n 冰 祷 丑 嬲 蝼 图3 铁浸出率与液固比的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni r o n l e a c h i n gr a t ea n dL ／S 但是液固比过大，系统溶液量过大，容易造成系统水 平衡失控，因此液固比以7 l 为宜。 2 ．2 ．4 综合试验 选择最优热酸浸出试验条件为浸出温度8 5 ～ 9 0 ℃、液固比7 1 、酸度1 6 0g ／L 、浸出时间3h ，采 万方数据 2 0 1 8 年第1 i 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 9 用二段热酸浸出，铁浸出率在9 1 ％以上。 3还原试验结果与讨论 3 ．1 还原剂用量对铁还原的影响 固定条件酸浸液2 0 0m L 、反应温度7 5 ～8 0 ℃、始酸1 0 0g ／L 、反应时间2h 、还原剂用量按理论 量 5g 的倍数计，试验结果见图4 。由图4 可以看 出，还原剂的用量对铁的还原效果影响非常大，本工 艺采用硫化锌精矿作为F e 抖离子的还原剂，锌精矿 中的Z n S 是一种惰性比较大的还原剂，需要过量倍 数很大，综合考虑还原剂用量控制在5 倍 2 5g 。 图4 还原剂用量对铁还原的影响 F i g ．4 E f f e c to fr e d u c i n ga g e n td o s a g e o ni r o nr e d u c t i o n 3 ．2 反应时间对铁还原的影晌 固定条件酸浸液2 0 0m L 、反应温度7 5 ～8 0 ℃、始酸1 0 0g ／L 、还原剂用量2 5g ，不同反应时间 的试验结果表明，反应时间对铁的还原影响不大，反 应时间超过1h ，还原率都在9 9 ％以上，说明还原剂 过量后，F e 3 可以很快被还原，综合考虑，反应时间 控制在2 ～2 ．5h 为宜。 3 ．3 反应温度对铁还原的影响 固定条件酸浸液2 0 0m L 、始酸1 0 0g ／L 、反应 时间2 ．5h 、还原剂用量2 5g ，不同反应温度下的铁 还原率见图5 。由图5 可以看出，反应温度对铁还 原率影响很大，但当温度提高到7 5 ℃以后，铁的还 原率基本保持稳定，因此还原温度取8 0 ℃左右。 3 ．4 最优条件试验 根据单因素条件试验，确定还原最优条件为酸 浸液2 0 0m L 、反应时间2 ．5h 、反应温度8 0 ℃、始酸 1 0 0g ／L 、还原剂用量为理论量的5 倍 2 5g 、反应 温度8 0 ℃。通过3 次综合试验，还原率均在9 7 ％ 以上，试验结果见表1 。 图5 反应温度对铁还原的影响 F i g ．5 E f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e o ni r o nr e d u c t i o n 表1 最优条件综合试验结果 T a b l e1 C o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n tr e s u l t s u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n 4 除铁试验结果与讨论 加压除铁前液采用还原液，由于还原液酸度过 高，除铁过程容易造成铁渣返溶，试验采用中和剂氧 化锌调节p H 至3 ．0 ～6 ．0 。先加入0 ．6L 中和后 液，升温到1 0 0 ℃后，通氧气，氧分压0 ．2 ～0 ．8 M P a ，控制反应温度在1 7 0 ～2 2 0 ℃，总压1 ．1 ～2 ．0 M P a ，反应时间2 ～6h 。试验结果见表2 。由表2 可以看出，反应时间大于2 ．5h ，起始p H 在5 ．0 左 右，除铁渣含铁在6 0 ％以上，渣含锌小于2 ％。 表2 加压除铁试验结果 T a b l e2 E x p e r i m e n t a lr e s u l t so fi r o nr e m o v a l b yp r e s s u r em e t h o d C T 一129 4 ．4 4 ‘ C T 一221 ．0 C T 一322 ．0 C T 一42 ．53 ．0 C T 一53 ．54 ．0 C T 一65 ．56 ．0 C T 一75 ．53 ．0 0 ．2 6 0 O ．0 6 63 0 ．8 01 ．4 4 0 ．0 4 84 7 ．2 01 ．6 7 0 ．0 3 74 7 ．7 64 ．2 2 0 ．0 4 06 3 ．0 20 ．3 2 0 ．0 4 85 7 ．8 01 ．3 9 0 ．0 3 25 9 ．4 01 ．1 1 注* H z S 0 4 浓度，g ／[ 。 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y t ．b g r i m m ．c n 2 0 1 8 年第1 1 期 5 铅银渣成分与节能计算 “铁矾工艺”基础上可降低标煤5 0k g c e 。 5 ．1 铅银渣含银 铅银渣含银与锌精矿银品位、锌铁浸出率有关， 目前锌精矿含银通常在6 0 ～6 5g ／t ，“铁矾工艺”铅 银渣含银在2 0 0 ～3 0 0g ／t ，部分银损失在铁矾渣中， “加压除铁法”除铁工艺，可以尽可能提高酸度，增加 铁、锌以及其它有价金属的浸出率，渣率控制在 1 5 ％～1 6 ％，铁渣不含银，银全部富集在铅银渣中， 铅银渣含银控制在 6 3 ．5 ／ 1 5 ％～1 6 ％ 一3 6 9 ．8 8 ～4 2 3 ．3 3g ／t 因此，采用“加压除铁法”除铁工艺可以使铅银 渣含银在4 0 0g ／t 以上，但是锌精矿含银过低，铅银 渣含银也会波动。 5 ．2 加压除铁法除铁节能计算 因为实验室无法精确测量工艺过程的能耗，故 只能采用理论计算的方式对工艺节能进行计算。 “加压除铁法”除铁工艺较“铁矾工艺”的节能主要表 现在 1 反应过程容器密闭，热能损失少； 2 铁渣含铁大于6 0 ％，含锌小于2 ％，可以作为 铁精矿出售，铁矾渣需要用焦炭还原挥发回收锌。 本文节能仅计算锌回收的能耗节约量。目前，按照 9 5 ％以上的直收率，冶炼1t 电锌约需要焙砂1 ．8 8t ， 焙砂含铁、锌按照表2 数据进行测算，工艺过程产 出铁矾渣约3 1 7 ．7 8k g ，回收氧化锌需要加焦炭 7 5 ．3 5k g ，折合标煤7 2 ．2 3k g c e 折标系数0 ．9 7 14 ， 故采用“加压除铁法”除铁工艺每吨电锌综合能耗在 6结论 1 采用热酸浸出、还原、加压除铁工艺，整个流 程锌、铁的总回收率都在9 5 ％以上，铁渣可作为铁 精矿出售，既综合利用了铁资源又高效分离了锌铁， 实现了无铁矾渣湿法炼锌。 2 除铁渣铁品位 6 0 ％、渣含锌 2 ％，铅银渣 银品位大于4 0 0g ／t ，每吨电锌综合能耗在“铁矾工 艺”基础上可降低标煤5 0k g c e 。 3 以年产1 0t 电锌规模进行测算，每年可多回 收金属11 5 5 ．4 8t ，减排重金属锌14 3 0 ．0 4t ，铁渣 可以出售，综合计算，每年可增加效益约28 1 1 万元。 参考文献 [ 1 ] 凌江华．低品位氧化锌矿和高铁闪锌矿N H 。一 N H t z S 0 4 体系浸出的研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 1 ． [ 2 ] 鞠学珍，马永涛，史俊玲，等．湿法炼锌黄铵铁矾渣综合 利用研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 1 2 1 8 2 0 ． [ 3 ] 何砥坚．株冶湿法炼锌中铁的行为和作用[ J ] ．中国有 色冶金，1 9 9 7 ，2 6 2 2 9 3 2 ． [ 4 ] 古岩，张廷安，吕国志，等．氧压浸出处理低铁闪锌矿 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 0 1 5 ． [ 5 ] 窦明民，周德林．湿法炼锌除铁新工艺[ J ] ．中国有色冶 金，2 0 0 0 ，2 9 3 2 7 3 0 ． [ 6 ] 林祚彦，华一新．高硅氧化锌矿硫酸浸出的工艺及机理 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 5 9 - 1 l ，2 3 ． 万方数据