高硅难选氧化锌矿中锌及伴生金属碱浸出研究.pdf

6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 高硅难选氧化锌矿中锌及伴生金属碱浸出研究 陈爱良，赵中伟，贾希俊，龙双，霍广生，李洪桂 中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要考察了氧化锌矿的粒度、浸出温度、浸出时间、碱浓度及液固比对碱浸出高硅难选氧化锌矿中Z n 及伴生金属浸出率的影响。结果表明氧化锌矿粒级对Z n 及伴生金属浸出率影响不大；随着碱浓度的 增加，Z n 、A l 浸出率增加明显，P b 、C d 浸出率增加缓慢，F e 基本不被浸出；随着浸出温度的提高，Z n 的浸 出率大幅度增加，温度从2 5 ℃升高到8 5 ℃，浸出率增加了近5 0 个百分点。A l 的浸出率在2 5 ～6 0 ℃范围 内增加缓慢，基本保持在2 0 ％附近；当温度从6 0 ℃升高到8 5 ℃时．A l 的浸出率也由2 2 ．3 ％大幅度增加 到4 5 ．5 ％；随着浸出时间的延长，Z n 和A l 的浸出率增加。但是增加缓慢，P b 、C d 的浸出率没有太大的变 化。液固比从6 ；1 增加至1 2 1 ，Z n 、A l 、P b 、C d 浸出率均有增加。 关键词氧化锌矿；硅；碱浸出；浸出率；伴生金属 中图分类号T F 8 1 3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 4 0 0 0 6 0 4 L 套a c h i n gZ i n ca n dI t sC o n c o m i t a n tM e t a l sf r o mD i f f i c u l tD e a l t Z i n cO x i d eO r ew i t hH i g hS i l i c o ni nA l k a l iS o l u t i o n C H E NA i - l i a n g ，Z H A OZ h o n g w e i ，J I AX i j u n ，L O N GS h u a n g ，H U 0G u a n g s h e n g ，L IH o n g g u i S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go fC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t E f f e c tf a c t o r s ，s u c ha so r es i z e ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n gt i m e ，a l k a l ic o n c e n t r a t i o na n dl i q u o rt os o l i dr a t i o L ／S ，w e r es t u d i e dt oc h e c kt h ei m p a c to fl e a c h i n ge f f i c i e n c yo fz i n ca n di t sc o n c o m i t a n t m e t a l sf r o mz i n co x i d eo r ew i t hh i g hs i l i c o ni nt h ea l k a l is o l u t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a to r es i z ea f f e c t e d l i t t l eo ni t ．W i t ht h ei n c r e a s i n go fa l k a l ic o n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n ge f f i c i e n c yo fz i n ca n da l u m i n i u mi n c r e a s e d r e m a r k a b l y ，b u tt h a t o fP ba n dC di n c r e a s e ds l o w l ya n dF ec a n ta l m o s tb el e a c h e d ．W i t ht h ei n c r e a s i n go f l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n ge f f i c i e n c yo fz i n cg r e a t l yi n c r e a s e db y5 0 ％f r o m2 5 ℃t o8 5 ℃a n dt h a to fA 1 i n c r e a s e df r o m2 2 ．3 ％a t6 0 ℃t O4 5 ．5 ％a t8 5 “ 2 ．W i t ht h ei n c r e a s i n go fl e a c h i n gt i m e ，l e a c h i n ge f f i c i e n c y o fZ na n dA 1i n c r e a s e ds l o w l ya n dt h a to fP ba n dC dh a dn og r e a tc h a n g e ．L e a c h i n ge f f i c i e n c yo fZ n ，A l ， P ba n dC di n c r e a s e dw i t hl i q u o rt os o l i dr a t i o L ／S ． K e y w o r d s Z i n co x i d eo r e ；S i l i c o n ；A l k a l il e a c h i n g ；L e a c h i n ge f f i c i e n c y ；C o n c o m i t a n tm e t a l s 我国西南地区氧化锌矿资源极其丰富，氧化锌 富矿的品位一般在2 5 ％～3 5 ％，由于氧化锌矿矿石 成分复杂，直接将矿石进入冶炼程序时，回收利用的 难度很大，生产成本相对较高，因此，氧化锌矿的处理 工艺及方法的研究一直是冶金界研究的重要课题。 就目前来说，氧化锌矿直接进入冶炼程序处理方法可 基金项目国家重点基础研究发展计划支持项目 2 0 0 7 C D l 3 6 0 3 作者简介陈爱良 1 9 7 2 - ，女，博士．讲师． 分为火法和湿法两类。现代工艺传统的冶炼方法是 品位较低的，一般先用鼓风炉熔矿，再由烟化炉挥发； 品位较高者，一般由回转炉等设备直接挥发，两者均 可以获得含锌5 0 ％- - - 6 0 ％的氧化锌粉，此氧化锌粉采 用回转炉和多膛炉等设备脱除氟、氯后，再用常规湿 法冶炼 湿法浸出有酸浸出、碱浸出 产出电锌。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 7‘ 尽管氧化锌矿易于用火法处理，但是该工艺环 节多，流程长，火法设备庞大，耗能高，1t 锌耗煤l O ～1 5t ，回收率仅为5 0 ％～6 0 ％。 文献[ 1 - s ] 采用酸浸出，虽然能将锌浸出，但是由 于工艺技术条件控制要求严格，技术难度大，并且还 存在以下问题L 4 ] 1 氧化锌矿中都有一定数量的 硅，酸浸不易脱硅。 2 浸出液含锌低。浸出中和渣 量大，溶液平衡不易控制。 3 硫酸消耗量大，1t 锌 耗酸1 t 以上，为硫化锌矿酸耗的5 倍以上。 碱浸出氧化锌矿由于具有浸出率较高和环境影 响小等优点，碱的损失率小，生产成本较传统工艺的 有所减少，而且无环境污染，又能综合利用，具有较 大的经济效益和社会效益[ 5 _ 6 ] 。但是，目前对高硅 难选氧化锌矿基本上浸出效果均不好，碱法浸出工 艺也尚未成熟，而且目前尚未发现文献报道碱浸出 高硅氧化锌矿时，各种伴生金属在碱液中的溶解行 为，故本文主要讨论高硅难选氧化锌矿中Z n 及其 伴生金属的碱浸出实验研究。 1实验 1 ．1 实验原料 所用氧化锌矿中金属元素的含量 ％ Z n 2 2 ．9 0 、P b0 ．4 2 、C d0 ．2 1 、F e2 9 ．8 0 、A l0 ．9 3 。将氧 化锌矿磨细后，其不同粒级的化学成分不同，Z n 、 P b 、C d 、F e 、A 1 化学成分变化不大，C d 基本上没有 变化，Z n 也只有4 ％的浮动。从图1 不同粒级氧化 锌矿的X R D 可看出不同粒度的氧化锌矿X R D 基 本一致。氧化锌矿中含有Z n 。S i O ， O H 。H O 、 S i 0 2 、A 1 3 F e 2 、F e 2 0 3 、F e o 0 H 等物质，化学分析表 明还伴生有P b 、C d 等，因此我们在研究氧化锌矿在 碱体系中的溶出情况时，在考虑Z n 、A I 的同时也考 虑了P b 、C d 的行为。 0 2 03 04 05 06 07 0 2 8 ／ o 图1 不同粒度氧化锌矿的X R D 图谱 F i g ．1X R Do fd i f f e r e n ts i z eo fz i n co x i d eo r e 1 ．2 实验方法 矿经过磨细至一0 ．0 7 4m m ～ 0 ．0 6 4m m 后， 称取2 0g ，加入一定浓度的氢氧化钠溶液中，在一定 温度下，搅拌反应一段时间后，过滤，滤液用I C P - A E S 分析其中A l 、P b 、C d 、F e 含量，用络合滴定法 分析Z n 含量。 根据滤液中其金属量计算浸出率 弘 袅器1 0 0 ％ 其中枇一金属M e 的浸出率，％；瓯一浸出液 中金属M e 的浓度，g ／L ；、，一浸出液体积，L ；C M , o 一 氧化锌矿中金属M e 的含量，％；m 一氧化锌矿的质 量，g 。 8 0 2 结果与讨论 2 ．1 不同粒级的氧化锌矿浸出 称取不同粒级氧化锌矿2 0g ，用5m o l ／L N a 0 H 、液固比L ／S 为1 0 1 ，在8 5 ℃浸出2h ，结果 如表l 所示。 表1 粒度对浸出率的影响 T a b l e1E f f e c to fg r a n u l a r i t yo nt h e l e a c h i n ge f f i c i e n c y 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 从表1 可知Z n 的浸出率在粒度 0 ．0 7 4m m 时变化不大，当粒度减小到一0 ．0 7 4m m ～ 0 ．0 6 4 m m 之后，Z n 的浸出率稍有下降．而A l 的浸出率稍 有上升。但是P b 、C d 浸出率一直没有太大变化。 其原因有待于进一步研究。 2 ．2 碱浓度对浸出率的影响 在8 5 ℃下浸出2h 后，锌的浸出率和碱浓度的 关系如图2 所示随着碱浓度的增加，Z n 、A 1 、P b 、C d 浸出率均增加，在碱浓度小于3 ．2 5m o i ／L 时，A l 的 浸出率大于Z n ，但是当碱浓度大于3 ．2 5m o l ／L 时， Z n 浸出率明显增加，甚至高于A l 的浸出率。与 Z n 、A I 浸出率比较，P b 、C d 浸出率增加缓慢，在碱浓 度增加了4m o l ／L 范围内，P b 、C d 浸出率增加不到 1 0 ％。这是因为浸出过程中，Z n 、A l 、P b 、C d 将与 N a O H 分别发生 1 ～ 4 式反应[ 7 ] ，而铁基本不被 浸出。 Z n O s 2 N a O H a q 2 H 2 0 1 N a 2 Z n O H 4 a q 1 2 A 1 2 0 3 4 N a O H a q 6 H 2 0 1 4 N a A l O H 。 a q 2 P b O s 2 N a O H a q 2 H 2 0 1 N a 2 P b 0 H 4 a q 3 C d O s 2 N a O H a q 2 H 2 0 1 N a 2 C d O H 4 a q 4 图2 碱浓度对浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fa l k a l ic o n c e n t r a t i o no n t h el e a c h i n ge f f i c i e n c y 2 ．3 温度对氧化锌矿浸出的影响 将一0 ．0 7 4m m ～ 0 ．0 6 4m m 粒度的氧化锌矿 2 0g 按液固比1 0 1 加入到5m o l ／L 的碱溶液中搅 拌浸出2h ，改变浸出温度，结果如图3 所示。 从图3 可以看出随着浸出温度的提高，当温度 由2 5 ℃提高到8 5 ℃时，Z n 浸出率由2 5 ．7 ％大幅增 l t m 牟艉m l r e ，K 图3 浸出温度对氧化锌矿浸出的影响 F i g ．3 E f f e c to fl e a c h i n gt e m p e r a t u r e o nt h el e a c h i n ge f f i c i e n c y 加到7 3 ．8 ％。A l 的浸出率在2 5 ～6 0 ℃范围内，增 加缓慢，基本保持在2 0 ％；当温度从6 0 ℃升高到 8 5 ℃时，A l 的浸出率也由2 2 ．3 ％大幅度增加到 4 5 ．5 ％，而P b 、C d 的浸出率是随着反应温度的升高 而降低的，其原因有待于进一步研究。 2 ．4 浸出时间对氧化．锌矿浸出的影响 将一0 ．0 7 4m m 0 ．0 6 4m m 的氧化锌矿2 0 g ，按液固比为1 0 1 加人到5 m o i ／L 的碱溶液中搅 拌浸出，浸出温度为8 5 ℃，结果如图4 所示。 图4 浸出时间对氧化锌矿浸出的影响 F i g ．4 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nt h e l e a c h i n ge f f i c i e n c y 从图4 可以看出随着浸出时间的延长，Z n 和 A l 的浸出率增加，但是增加缓慢，反应0 ．5 ～3h ，Z n 浸出率从7 1 ．5 4 ％增加到7 7 ．1 l ％，而A l 的浸出率 也从2 1 ．1 3 ％增加到了3 1 ．6 9 ％。P b 、C d 的浸出率 随着反应时间的延长没有太大的变化。 2 ．5 液固比对浸出率的影响 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 9 将一0 ．0 7 4m m ～ 0 ．0 6 4m m 的氧化锌矿2 0 g ，在8 5 ℃下，加人到5 m o l ／L 的碱溶液中搅拌浸出 2h ，结果如图5 所示。 从图5 可以看出液固比从6 1 增加至1 2 1 ， Z n 、A l 、P b 、C d 浸出率均有增加，其中Z n 的浸出率 由5 4 ．7 4 ％增加到7 6 ．5 6 ％，A I 的浸出率由3 2 ．6 7 ％ 增加到4 1 ．4 4 ％，可见液固比增加，有利于Z n 、A I 的 浸出，这是因为在碱溶液浓度不变的情况下，增加液 固比，溶液中的碱量增加，使氧化锌矿能较为充分地 和碱接触，并且发生反应，从而使Z n 、A l 浸出率随 液固比的增加而增加。 图5 液固比对氧化锌矿浸出的影响 F i g ．5 E f f e c tL ／So nt h el e a c h i n ge f f i c i e n c y 2 ．6 验证实验 为进一步验证单因素试验获得的最佳条件的可 靠性和指标的重现性，进行了综合条件稳定试验。 根据单因素优化试验结果，选定四组优化的条件，进 行综合试验，其条件为反应温度8 5 ℃，碱溶液浓度 5m o l ／L ，搅拌浸出时间2h ，液固比1 0 1 ，结果如 表2 所示。 表2 综合试验结果 T a b l e2R e s u l t so fc o m p r e h e n s i v et e s t s 综合试验结果表明，Z n 的浸出率均在7 3 ％以 上，A l 的浸出率为4 5 ％以上，P b 、C d 浸出率分别为 1 1 ％和5 ％，F e 浸出率只有万分之几，可以认为基 本不被浸出。 3结论 1 氧化锌矿粒级对Z n 及伴生金属浸出率影 响不大； 2 随着碱浓度的增加，Z n 、A l 、P b 、C d 浸出率 均增加，与Z n 、A 1 浸出率比较，P b 、C d 浸出率增加 缓慢，F e 基本不被浸出； 3 随着浸出温度的提高，Z n 的浸出率大幅度 增加，温度从2 5 ℃升高到8 5 ℃，浸出率增加了近5 0 个百分点。A I 的浸出率在2 5 ～6 0 ℃范围内，增加 缓慢，基本保持在2 0 ％；当温度从6 0 ℃升高到8 5 ℃ 时，A l 的浸出率也由2 2 ．3 ％大幅度增加到4 5 ．5 ％； 4 随着浸出时间的延长，Z n 和A l 的浸出率增 加，但是增加缓慢，P b 、C d 的浸出率没有太大的变 化。 5 液固比从6 1 增加至1 2 1 ，Z n 、A l 、P b 、 C d 浸出率均有增加，其中Z n 和A I 浸出率分别增加 了2 1 ．8 2 个百分点和8 ．7 r 7 个百分点。 参考文献 [ 1 ] 郭晓军．氧化锌矿石除铅、除镉工艺中国专利， C 8 9 1 0 4 9 5 6 ．8 [ P ] ．1 9 8 9 - - 0 7 1 7 ． [ 2 ] 谢美求，陈志飞，冯剑，等．氧化锌矿湿法浸出提锌工艺 研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 1 6 7 6 8 ． [ 3 ] 江容广．高硅氧化锌矿制硫酸锌的方法中国专利． C 8 7 1 0 2 0 2 4 ．6 [ P ] ．1 9 8 7 一0 5 1 6 ． [ 4 ] 孙振光．利用化工原料选氧化锌矿的方法中国专利， C 2 0 0 6 1 0 1 3 4 1 7 4 ．2 [ P ] ．2 0 0 6 ～1 1 0 1 ． [ 5 ] 马启坤，李晓阳，陈世明．等．一种处理低品位氧化锌矿 石的方法中国专利，C 0 2 1 3 3 7 8 4 ．5 [ P ] ．2 0 0 2 - - 0 9 1 7 ． [ 6 ] 赵由才，易天晟．一种用氧化锌矿生产高纯度金属锌的 方法中国专利，C 0 3 1 1 6 7 5 4 ．3 [ P ] ．2 0 0 3 - - 0 5 - - 0 7 ． [ 7 ] 李洪桂．冶金原理[ M ] ，北京冶金工业出版社，2 0 0 6 ． 万方数据