锌冶金副产铁酸锌提纯试验研究.pdf

4 0 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 6 ．0 6 ．0 0 9 锌冶金副产铁酸锌提纯试验研究 杨金林，徐明，罗美秀，马少健 广西大学资源与冶金学院，南宁5 3 0 0 0 4 摘 要基于锌冶金中锌铁金属资源高效绿色利用和全利用周期角度，在尽可能不破坏铁酸锌晶体结构条件下，探究将 锌冶金副反应产物铁酸锌作为产品独立分离出来的可能性。以广西某地冶炼厂锌焙砂为原料，在合适的硫酸浸出工艺条件 下，制备出铁酸锌含量较高的浸出渣，再对其进行浮选分离提纯。结果表明，采用碳酸钠调节p H 值并对矿浆进行分散，硫化 钠抑制含铅矿物，并辅助丁基黄药、油酸钠捕收铁酸锌，获得的精矿产品中铁酸锌含量达到9 2 ％，实现了铁酸锌的有效提纯。 关键词锌冶金；锌焙砂；浮选；铁酸锌 中图分类号T D 9 8 2 ；T D 9 5 2 ．3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 6 - 0 0 4 0 - 0 4 S t u d yo nP u r i f i n gZ i n cF e r r i t ea saB y - p r o d u c ti nZ i n cH y d r o m e t a l l u r g y Y A N GJ i n l i n ，X UM 汛g ，L U OM e i x i u ，M AS h a 巧i a n S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dM e t a l l u r g y ，G u a n g x iU n i v e r s i t y ，N a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ee f f i c i e n t ，g r e e na n dw h o l eu s eo fz i n ca n di r o nm e t a lr e s o u r c e si nz i n cm e t a l l u r g y ，t h e p o s s i b i l i t yo fs e p a r a t i n gz i n cf e r r i t ea sb y - p r o d u c tf r o mt h ez i n cm e t a l l u r g yw a ss t u d i e dw i t h o u td e s t r o y i n gz i n cf e r r i t e c r y s t a ls t r u c t u r ea sm u c ha sp o s s i b l e ．I nt h i sp a p e r ，z i n cc a l c i n ea st h er a wm a t e r i a lw a so b t a i n e df r o mac e r t a i n s m e l t e ri n G u a n g x i ．T h el e a c h i n gr e s i d u ew i t hh i g hc o n t e n to fz i n cf e r r i t e w a sp r e p a r e du n d e rt h es u i t a b l es u l f u r i c a c i dl e a c h i n gp r o c e s s ，a n dw a ss e p a r a t e da n dp u r i f i e db yf l o t a t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ez i n cf e r r i t ec o n t e n to f c o n c e n t r a t ew a s9 2 ％，a n dt h ee f f e c t i v ep u r i f i c a t i o no fz i n cf e r r i t ew a sr e a l i z e du n d e rt h ec o n d i t i o no fu s i n gs o d i u m c a r b o n a t et oa d j u s tp Ha n dd i s p e r s ep u l p ，s o d i u ms u l f i d et od e p r e s st h em i n e r a l sw i t h l e a da n dc o l l e c tz i n cf e r r i t e s u p p l e m e n t a r yb u t y lx a n t h a t ea n ds o d i u mo l e a t e ． 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 ；z i n cc a l c i n e ；f l o t a t i o n ；z i n cf e r r i t e 据资料统计，全球8 5 ％以上的锌是以闪锌矿为 原料通过湿法炼锌工艺得到的⋯。湿法炼锌的基本 工艺流程是焙烧一浸出一净化一电解一铸锭。在湿 法炼锌生产中，硫化锌精矿的原料性质是影响炼锌 作业效率和锌回收率的主要因素之一，而硫化锌精 矿中铁的含量又是反映原料性质的重要因素。这是 因为锌冶炼原料硫化锌精矿等含有元素铁，在9 5 0 ℃完全氧化焙烧条件下，就会不可避免地形成铁酸 锌，且铁酸锌中的锌一般占原料总锌的1 5 ％左右拉1 。 生产实践表明，锌焙砂经过常规两段浸出工艺的中 性浸出与酸性浸出之后，锌的浸出率一般为8 0 ％左 右，剩余2 0 ％的锌无法浸出而残留在渣中，原料硫化 锌精矿铁含量越高，渣中锌的含量也越大；浸出渣中 的锌主要以铁酸锌形式存在，铁酸锌中的锌占浸出 渣总锌的6 0 ％一9 5 ％。为了充分回收和利用其中的 锌铁资源，工业上通常的处理方法是采用火法或湿 法工艺，破坏铁酸锌晶体结构，使锌铁分离，再分别 回收锌铁。显然，这两种工艺都存在着流程复杂、能 源和材料消耗高、生产成本高及环境污染等问题。 从锌铁金属矿产资源高效绿色利用和全利用周期角 度看，将工业副反应产物铁酸锌中的锌铁转化为金 属未必是最合理的选择。相反，如果不破坏铁酸锌 晶体结构，而是将铁酸锌从锌冶炼过程中作为产品 独立分离出来，并根据其性质研究合适用途，则可开 辟工业副反应产物铁酸锌新的利用模式。因此，以 广西某冶炼厂锌焙砂为原料，采用硫酸浸出方法获 取浸出渣即铁酸锌产品，对浸出渣进行浮选提纯试 验，研究独立分离出锌冶金副产铁酸锌的可行性，为 后续深入研究提供基础数据。 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 3 6 4 0 0 3 收稿日期2 0 1 5 - 1 0 - 2 9修回日期2 0 1 6 - 0 9 - 2 2 侄者简介杨金林 1 9 7 5 ． ，男，湖北罗田人，博士，副教授，主要从事矿物j j n 3 - 3 - 程专业教学与科研工作。 万方数据 2 0 1 6 年第6 期杨金林等锌冶金副产铁酸锌提纯试验研究 4 1 1 原料性质 试验原料锌焙砂取自广西某冶炼厂，对该锌焙 表1 T a b l e1 砂进行多元素半定量分析，结果见表1 。对锌焙砂进 行x 射线衍射分析，结果见表2 。 锌焙砂半定量分析结果 S e m i - q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sr e s u l t so fz i n cc a l c i n e ，％ 垂室兰 旦堕坠皇生 堡生些垒生竺 竺 Q 竺鲤塑些型墅垒 堡垦 含量 7 0 ．81 8 ．4 2 ．52 ．01 ．61 ．20 ．80 ．60 ．60 ．50 ．40 ．20 ．20 ．20 ．0 50 ．0 20 ．0 20 ．o l 表2x R 。分析结果 ／％3Table 2 R e s u l t so fX R Da n a l y s i s 铁酸锌的浮选提纯试验 ／％ ∥L 帆，。1 “ J ～一、．7u ∥V m 堕坌堑壁笙壁堡叁曼互壁壁笙互蔓查堡芏笪塑 含量 4 93 96222 从表l 可以看出，该锌焙砂成分较为复杂，除 锌、铁、氧三种主要的元素外，还含有硅、硫、铜、铅、 铝、钙、镁、锰等多种元素。焙砂中氧化锌和氧化铁 含量占8 5 ％，锌、铁含量均较高。采用化学分析方 法，化验了矿样中的锌铁含量，锌、铁含量分别为 5 3 ．2 2 ％、1 4 ．2 0 ％。从表2 可以看出，该锌焙砂以红 锌矿为主 占4 9 ％ ，还含有3 9 ％的锌铁尖晶石、硅 锌矿、石英、赤铁矿以及少量铅矾。 2 锌焙砂硫酸浸出 在系统浸出试验研究的基础上，采用以下最优 浸出试验条件硫酸浸出锌焙砂，以尽可能避免锌焙 砂中铁酸锌晶体结构的破坏，获取独立的纯度较高 的铁酸锌产品。称取多份5 0g 分别放人多个5 0 0 m L 烧杯中，按液固比7 1 加入始酸浓度1 6 0g ／L 的 硫酸溶液，置于H H ．s 6 型数显恒温水浴锅中8 5 ℃恒 温水浴加热，用T P 6 C - T 9 型变频调速器以4 0 0r ／m i n 转速搅拌1 2 0m i n 。对浸出矿浆用L D 5 1 0 型离心机 在30 0 0r ／m i n 条件下离心3m i n ，然后用S H Z ．C B 型 循环式多用真空泵抽滤机抽滤。反复洗涤至洗涤液 无色后对滤渣用1 0 1 A 型数显电热鼓风箱热风烘干 后称重、制样。对制备好的浸出渣化验样进行X R D 定量分析，结果如表3 所示。由表3 可以看出，锌铁 尖晶石含量达8 3 ％，主要杂质为铅矾、石英、赤铁矿、 单钾芒硝。显然，通过合适条件的硫酸浸出，可以获 得铁酸锌含量较高的产品。 表3 硫酸浸出产品中各成分含量的X R D 分析结果 T a b l e3C o n t e n to fe a c hc o m p o n e n to fs u l f u r i ca c i d p r o d u c ti nt h eX R Da n a l y s i sr e s u l t s ／％ 堕坌壁堡叁曼互笪塑互墨 查堡笙望塑堇堕 含量83 9521 为了进一步提高浸出渣中铁酸锌的含量，应降 低主要杂质铅矾和石英等矿物的含量，考虑到它们 具有一定可浮性，尝试采用浮选等方法对铁酸锌产 品进行提纯试验研究∞剖。在系统单因素浮选试验 基础上，采用以下两种工艺流程考察分离提纯效果。 3 ．1 工艺流程1 试验 硫酸浸出产品中锌铁尖晶石与其它杂质复杂共 生，磨矿可使其部分单体解离，但同时造成矿粒比表 面积大，表面能高，矿物泥化严重且相互包覆，对可 浮性造成交互影响，难以分离。为较好的分散矿浆， 选用N a C O ，这种强碱弱酸盐，调节矿浆p H 值为8 ～9 ，利用其水解产生的O H 。、H C O ；、C O ；一等使矿物 表面均带负电，同性相斥而分散开来。石英属于硅 酸盐类矿物，亲水性较强，浮选要用具有较强疏水性 的捕收剂。脂肪胺类阳离子捕收剂具有长碳链结 构，不溶于水，碱性较强，与N a C O ，相适应。胺类阳 离子捕收剂主要依靠氢键力在碱性环境中捕收石 英，碳链越长，在矿物表面的吸附自由能就越大，羟 基诱导效应随之增强，捕收能力和选择性就越好。 因此，选用具有一定的起泡效果的十八胺，在p H 值 为8 ～9 时，利用紧密包裹的单分子层或半胶态分子 团产生的远程疏水力，对石英进行捕收∽圳。根据含 铅矿物和其他成分粒度及重力的差异，先进行摇床 粗选含铅矿物，再对摇床尾矿进行浮选，试验采用的 工艺流程见图1 。对选别产品进行X R D 分析，产品 的成分及其含量见表4 。 表4工艺流程1 所得产品的成分及其含量 T a b l e4 C o m p o s i t i o na n di t s c o n t e n to fp r o d u c ti n p r o c e s s1 ，％ 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 由表4 可以看出，经过摇床选别，原矿浸出渣中 锌铁尖晶石含量由原来的8 3 ％提高到精矿1 的 8 7 ％，石英由5 ％下降到2 ％，含铅矿物由9 ％下降到 5 ％，说明摇床对原矿即铁酸锌产品有一定的富集能 力。摇床尾矿经磨矿后浮选所得的精矿2 中锌铁尖 晶石含量并没提高，石英含量只下降了1 ％，说明仅 用十八胺选石英效果差。其原因可能是在浮选过程 中，由于可溶矿物的溶解、药剂的添加及水质的影 响，不可避免的存在一些金属阳离子如c a 2 、F e 3 ， 但C O ；一的存在消耗了c a 2 、F e 3 等可以活化石英 的离子，造成石英浮选效果较差。第二次浮选产品 获得的精矿3 中锌铁尖晶石含量达到8 8 ％，尾矿中 铁酸锌含量也有8 6 ％。这也说明油酸钠可能与矿物 表面的F e 3 、C a 2 等作用，生成羟基络合物或氢氧化 物而产生吸附。但其单独作用时，对相关杂质的分 离效果不太明显。因此，浮选流程1 的提纯效果不 明显。 精矿3尾珂 图1 工艺流程1 F i g ．1 T h ep r o c e s s1 3 ．2 工艺流程2 试验 由表3 可以看出，浸出渣原矿中的锌铁尖晶石、 铅矾、赤铁矿等属于氧化矿类，这些氧化矿溶解度较 高且表面易水化，捕收剂分子或离子难以穿透该层 水膜作用与矿物表面，所以选别效果一般较差。但 是，S 2 一是重金属矿物表面的定位离子，可自由从矿 浆液相穿过氧化物表面因离子键静电吸附将水分子 极化所产生的较牢固的定向排列水化膜，到达矿物 表面，使水偶极分子向外扩散或消失，从而使水化膜 压缩或破坏，实现其选择性作用。因此，采用N a S 硫化，在表面生成一层硫化矿薄膜，有利于辅助丁基 黄药浮选；同时，N a 2 s 在调节p H 值上与N a 2 C O ，存 在协同作用，也是含铅矿物的有效抑制剂。此外，氯 化钙对石英有活化作用，其在p H 值为8 ～9 的碱性 环境中生成的C a O H 及由于矿物的溶解、药剂的 添加及水质的影响而产生的一些金属阳离子如 F e 3 、F e O H 等吸附沉淀于石英表面，可能会使‘ 电位正移，增加活性吸附点，使石英活化，促使其与 油酸根发生交换反应，有利于石英上浮。为了克服 摇床粗选造成有用成分损失较多的缺陷，采用全浮 选工艺。因此，试验采用以下工艺流程，见图2 。对 浮选产品进行X R i 分析，产品的成分及其含量见 表5 。 精 原矿 精矿3 图2 工艺流程2 F i g ．2 T h ep r o c e s s2 表5 工艺流程2 所得产品的成分及其含量 T a b l e5 C o m p o s i t i o na n di t s c o n t e n to f p r o d u c ti n p r o c e s s2 ，％ 由表5 可以看出，第一次浮选时利用N a S 可以 有效抑制含铅矿物，同时其作硫化剂辅助丁基黄药、 油酸钠可以有效富集锌铁尖晶石，使精矿1 中含铅 矿物由9 ％降到3 ％，铁酸锌品位由8 3 ％提高到 万方数据 2 0 1 6 年第6 期杨金林等锌冶金副产铁酸锌提纯试验研究 4 3 9 2 ％；也将石英由5 ％降到了0 ．5 ％，取得了良好的 提纯效果。此外，后两次浮选产生的精矿2 和精矿3 中锌铁尖晶石含量分别为8 8 ％和8 9 ％，尾矿中锌铁 尖晶石含量为8 4 ％，与其他精矿产品中铁酸锌含量 相比较低，这也说明该浮选流程可以实现铁酸锌产 品的分离提纯。 4结论 1 以锌焙砂为原料，采用合适的硫酸浸出工艺 条件，在尽可能不破坏铁酸锌晶体结构条件下，可以 制备出铁酸锌含量较高的铁酸锌产品。 2 对铁酸锌产品进行浮选分离时，采用碳酸钠 调节p H 值并对矿浆进行分散，硫化钠抑制含铅矿 物，并辅助丁基黄药、油酸钠捕收铁酸锌，获得的精 矿产品中铁酸锌含量达到9 2 ％，实现了铁酸锌的有 效提纯。 3 从锌冶金中锌铁金属资源高效绿色利用和全 利用角度看，试验结果证明了将锌冶金副反应产物 铁酸锌作为产品独立分离出来是可行的，并为后续 深入研究提供了基础数据。 参考文献 [ 1 ] 彭容秋．锌冶金[ M ] ．长沙中南大学出版社，2 0 0 5 4 1 ． [ 2 ] L E C L E R CN ，M E U XE ，L E C U I R EJ ．H y d r o m e t a l l u r g i c a l e x t r a c t i o no fz i n cf r o mz i n cf e r r i t e s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ， 2 0 0 3 ，7 0 1 3 1 7 5 - 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