硫酸烧渣加压浸取铁.pdf

6 有色金属 冶炼部分 h t t p l l y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年1 1 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．1 s s n ．1 0 0 ％7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．1 1 ．0 0 2 硫酸烧渣加压浸取铁 金程，王恩强，李登新 东华大学环境科学与工程学院，上海2 0 1 6 2 0 摘要采用自制硫化物助浸剂在密闭反应釜中还原浸出硫酸烧渣中的铁。分别进行了助浸剂用量、硫酸 用量、始酸浓度、反应温度、搅拌速度、反应时间等条件试验，考察各因素对浸取效果的影响。结果表明 当酸浸渣2 5 ．0g ，助浸剂过剩系数I ．1 ，硫酸过剩系数1 ．4 ，始酸浓度3 ．5m o l ／L ，反应温度9 5 ℃，搅拌速 度8 0 0r ／r a i n ，反应时间3h 时，铁浸取率达9 9 ．4 ％，助浸剂有效利用率达9 8 ．9 ％。 关键词硫酸烧渣；高铁；助浸剂；硫化物 中圈分类号T F 8 0 3 ．2 l文献标识码A文章编号；1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 1 1 - 0 0 0 6 - 0 4 P r e s s u r eR e d u c t i o nL e a c h i n gI r o nf r o mS u l f a t eS l a g J I NC h e n g ，W A N GE n - q i a n g ，L ID e n g x i n S c h o o lo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 ，C h i n a A b s t r a c t F e r r i ci r o nw a sr e d u c t i o nl e a c h e df r o ms u l f a t es l a gw i t hs u l f i d ea g e n t ．E f f e c t so ft h ef o l l o w i n g f a c t o r so nl e a c h i n gw e r es t u d i e d ，s u c ha s ，d o s a g eo fa d d i t i v e s ，s u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o n ，i n i t i a ls u l f u r i c a c i dc o n c e n t r a t i o n ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，s t i r r i n gs p e e d ，a n dr e a c t i o nt i m e ．T h er e s u l t ss h o wt h a ti r o n l e a c h i n gr a t er e a c h e s9 9 ．4 ％，e f f i c i e n c yo fa d d i t i v eu s a g er e a c h e s9 8 ．9 ％o nt h ef o l l o w i n gc o n d i t i o n s ．s u r p l u sc o e f f i c i e n to f1 e a c h i n ga g e n ti s1 ．1 ，s u r p l u sc o e f f i c i e n to fs u l f u r i ca c i di s1 ．4 ，3 ．5m o l ／Li n i t i a ls u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o nw i t h8 0 0r ／r a i ns t i r r i n gr a t e ，95 ℃，3h ． K e yw o r d s S u l f a t es l a g ；F e r r i ci r o n ；L e a c h i n ga g e n t ；S u l f i d e 硫酸烧渣，是采用硫铁矿或其它含硫尾矿作原 料生产硫酸过程中排出的一种粉状废渣【l 】。其综合 利用己经列入国家资源综合利用目录。因生产过 程中经高温煅烧，烧渣中铁主要存在形式是F e 0 。。 因三价铁盐的溶解度小，易于水解，因此强酸性介质 有利于铁的浸出。目前多采用直接强酸浸出、活化／ 还原焙烧一酸浸或酸解法L z - r ] ，但是浸取率低、能耗 高、设备腐蚀严重、有二次污染。本课题以硫化物作 助浸剂，考察其对硫酸烧渣酸浸效果的影响。 1试验 1 ．1 试验原料 试验所用原料为湖南某冶炼厂含硫金精矿硫酸 化焙烧后的尾渣，含金2 1 ．1 6g ／t 、银2 6 ．6 6g ／t ，烧 渣主要矿物为赤铁矿和石英，主要元素分析结果 ％ T F e4 0 ．2 5 、F e 3 3 9 ．6 9 、A l1 ．4 3 、C a1 ．3 7 、C u 0 ．1 8 、K0 ．4 3 、P b0 ．5 6 、N a0 ．7 5 、M n0 ．0 6 。助浸 剂为自制药剂，组成为 ％ Z n S5 0 、N a z S2 5 、 M n S2 0 、C a S4 、N a 2s 2 0 3 5 H 2 00 ．5 、C 3H 3 N 3 S s 0 ．5 。 1 ．2 试验方法 试验在5 0 0m L 钛质高压釜内密闭进行。每次 试验加入2 5 ．0g 矿和一定比例的助浸剂，按一定液 固比加入所需浓度的硫酸，反应釜密闭升温至一定 温度后开动搅拌并开始计时。反应结束后通纯净水 冷却降温，物料固液分离后按照G B ／T7 7 3 9 。7 - 2 0 0 7 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 资助项目 2 0 0 6 A A 0 6 2 1 3 2 I 上海市重点学科建设资助项目 1 3 6 0 4 作者简介金程 1 9 8 6 ． ，女，山东淄博人，硕士研究生． 万方数据 2 0 1 1 年1 1 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 ‘ 和G B ／T8 1 5 1 ．1 2 0 0 0 测定锌和铁，并计算烧渣中 铁的浸出率和助浸剂中锌的浸出率。 1 ．3 试验原理 在烧渣酸浸工艺中加入硫化物作助剂，反应机 理如下[ 棚] s F e 2 0 3 s 3 H 2 S 0 4 一F e 2 S 0 4 3 3 H 2 0 1 X S s H 2 S 0 4 一H 2 S g X S 0 4 2 F e 2 S O , 3 H 2 S 一2 F e S 0 4 S S H 2 S 0 4 3 X Z n 、C a 、N a 、M n 通过降低溶液中F e 3 浓度，抑止F e 3 水解，减 少溶液中F e O 。晶格的形成，使得烧渣中的F e 。O s 更容易被浸出。 2试验结果 2 ．1 助浸剂用量对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一O ．4 2 5m m 、硫酸 2 0m L 、始酸3 ．5m o l ／L 、9 5 ℃、8 0 0r ／m i n 、1h 。结 果见图1 。 零 、 静 薯 崩 图1 助浸剂用量对浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fl e a c h i n ga g e n tc o n s u m p t i o n O i ll e a c h i n gr a t e 由图l 可看出，随着助浸剂用量增加，烧渣中 铁浸出率几乎呈直线上升，当助浸剂过剩系数为 1 ．7 时，6 0r a i n 铁浸出率可以达到8 5 ．9 ％，可见助 浸剂用量对浸出过程的影响非常显著。随着助浸剂 用量增加，锌浸出率一直保持在9 4 ％以上，可见助 浸剂利用率较高。 2 ．2 硫酸用量对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一O ．4 2 5m m 、助浸 荆1 2 ．6g 、始酸3 ．5m o l ／L 、9 5 ℃、8 0 0r ／m i n 、1h 。 结果见图2 。 图2 表明，在硫酸过剩系数小于1 ．4 时，硫酸 用量对反应效果影响显著，当硫酸过剩系数增加到 图2 硫酸用量对浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fs u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o no n l e a c h i n gr a t e 1 ．4 以后，铁浸出率基本不再变化。这是因为，酸浸 过程为固一液一气三相反应，反应的进行需气相中 的硫化氢溶解到液相中或者反应发生在气一液界 面[ 1 “引。当硫酸用量较少时，反应 1 为浸出过程的 控制步骤，随着硫酸用量增加，硫化氢在液相中的溶 解度降低，反应 3 成为浸出过程的控制步骤。因 此，本试验选择理论量的1 ．4 倍加入硫酸。 2 ．3 始酸浓度对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一O ．4 2 5m m 、助浸 剂1 2 ．6g 、硫酸2 0m L 、9 5 ℃、8 0 0r ／m i n 、1h 。结果 见图3 。 幂 、 龉 丑 嬲 图3 始酸浓度对浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fi n i t i a ls u l f u r i ca c i d c o n c e n t r a t i o no nl e a c h i n gr a t e 由图3 可以看出，始酸浓度对铁浸出率影响不 大，对锌浸出率影响稍大，当始酸浓度由1 ．5m o l ／L 增加到3 ．5m o l ／L 时，铁浸出率仅由6 8 ．6 ％增加到 7 1 ．1 ％，锌浸出率由8 4 ．3 ％增加到9 4 ．4 ％，再增加 始酸浓度到4 ．5m o l ／L ，铁浸出率几乎不再变化。 本反应为有固相产物硫膜生成的缩核反应。在硫酸 用量不变的情况下，随着始酸浓度增长，初始液固比 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 1 年1 1 期 降低，当始酸浓度达到4 ．5m o l ／L 时，初始液固比为 2 ．2 ；1 ，液固比较小，使得物料难以充分接触混匀， 并且，致使硫膜包裹对反应的阻碍作用加大。 2 ．4 温度对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一0 ．4 2 5m m 、助浸 剂1 2 ．6g 、硫酸2 0m L 、始酸3 ．5m o l ／L 、8 0 0r ／m i n 、 1h 。结果见图4 。 爨 、 鼍 丑 嬲 温度／o C 图4 反应温度对浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e o nl e a c h i n gr a t e 图4 表明，温度从7 5 ℃升高到9 5 ℃，铁和锌 浸出率都有较大提高，但当温度继续升高到1 1 5 ℃ 以后，浸出率反而小幅下降。温度升高，浸出反应速 率一般会增大，但当温度升高至元素硫的熔点后，所 产生的熔融硫会严密包裹在矿粒表面，使固膜扩散 阻力加大，阻碍反应进一步进行。经X R D 分析，所 生成的硫为斜方硫，熔点1 1 2 ．8 ℃，因此，当温度达 到1 1 5 ℃以后，容易形成致密性硫膜包裹层，致使浸 出率降低[ 1 副。 2 ．5 搅拌速度对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一0 ．4 2 5m m 、助浸 剂1 2 ．6g 、硫酸2 0m L 、始酸3 ．5m o l ／L 、9 5o C 、1h 。 结果见图5 。 由图5 可看出，当搅拌转速达从5 0 0r ／m i n 增 加到8 0 0r ／m i n 时，铁浸出率增加了7 ．8 个百分点， 然而再继续增加到11 0 0r ／m i n ，铁浸取率反而有小 幅下降。矿物颗粒表面的液膜扩散层厚度越小，浸 出速率越大。当搅拌速度达到一定值后，扩散层厚 度已近极限值，再增加搅拌速度，易导致反应釜中的 物料同步旋转，反而不利于物料充分混匀，矿物颗粒 表面的液膜层厚度也得不到有效减小，这都有碍于 反应物的内扩散和产物的外扩散。因此，在浸出过 程中，应控制机械搅拌速率在一定范围内，在本试验 条件下，8 0 0r ／m i n 符合试验要求[ 1 引。 摹 、 爵 丑 嬲 搅拌转速／ r 。m i n “ 图5 搅拌速度对浸出率的影响 F i g ．5 E f f e c t so fs t i r r i n gs p e e do nl e a c h i n gr a t e 2 ．6 反应时间对浸出效果的影响 试验条件烧渣2 5 ．0g 、粒径一O ．4 2 5m m 、助浸 剂1 2 ．6g 、硫酸2 0m L 、始酸3 ．5m o l ／L 、9 5 ℃、8 0 0 r ／m i n 。结果见图6 。 摹 、 静 丑 嬲 图6 反应时间对浸出率的影响 F i g ．6 E f f e c t so fr e a c t i o nt i m eo nl e a c h i n gr a t e 可以看出，在反应进行到6 0m i n 以后，锌浸出 率基本不再变化，而浸出时间对铁浸出率影响很大， 当反应时间由3 0m i n 延长至1 8 0m i n ，铁浸出率由 5 3 ．5 ％提高到9 9 ．4 ％，因此浸出时间以3h 为宜。 3结论 1 采用助浸剂强化浸出硫酸烧渣中铁的最佳工 艺技术条件为烧渣2 5 ．0g ，助浸剂过剩系数1 ．1 ， 硫酸过剩系数1 ．4 ，始酸浓度3 ．5m o l ／L ，反应温度 9 5 ℃，搅拌速度8 0 0r ／m i n ，反应时间3h ，该条件下 铁浸取率达9 9 ．4 ％，助浸剂有效利用率达9 8 ．9 ％。 2 反应过程无需经过高温煅烧，能耗低 助浸剂 价廉易得，浸取只需一步酸溶即可} 所需酸度较低， 不产生二次污染，节能环保。 3 最佳工艺技术条件下得到的酸浸尾渣烘干 下转1 6 页 万方数据 1 6 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 1 年1 l 期 u mr e m e d i a t i o no rr e l e a s e E f f e c to fi r o n I I s u l f a t ea d d i t i o no nc h r o m i u m V I l e a c h i n gf r o mc o l u m n so fc h r o m i t eo r ep r o c e s s i n gr e s i d u e [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y 。2 0 0 3 ，3 7 1 4 z 3 2 0 6 3 2 1 3 ． [ 1 0 ] 盛灿文，柴立元，王云燕。等．铬渣的湿法解毒研究现状 及发展前景[ J ] ．工业安全与环保，2 0 0 6 ，3 2 2 1 - 3 ． [ 1 1 ] 李斌．N a 2 C 0 3 - C O , 一H z 0 体系处理铬渣的工艺研究 [ D ] ．湖南长沙中南大学冶金科学与工程学院，2 0 1 0 2 2 3 3 ． [ 1 2 ] W a z n eM ，J a g u p i l l aSC ，M o o nDH ，e ta 1 ．L e a c h i n g m e c h a n i s m so fC r V I f r o mc h r o m i t eo r ep r o c e s s i n g r e s i d u e [ J ] ．JE n v i r o nQ u a l ，2 0 0 8 ，3 7 6 2 1 2 5 - 2 1 3 4 ． [ 1 3 ] 天津大学．无机化学[ M ] ．4 版．北京高等教育出版 社，2 0 0 7 1 9 7 1 9 9 ，5 3 4 ． [ 1 4 ] 马俊伟．堆浸工艺中矿岩散体介质的渗透性能研究 [ D ] ．湖南长沙中南大学资源与安全学院，2 0 0 5 1 9 ． [ 1 5 ] H i l l i e rS ，R o eMJ ，G e e l h o e dJS 。e ta 1 ．R o l eo fq u a n - t i t a t i v em i n e r a l o g i c a la n a l y s i si nt h ei n v e s t i g a t i o no f s i t e sc o n t a m i n a t e db yc h r o m i t eo r ep r o c e s s i n gr e s i d u e [ J ] ．T h eS c i e n c eo ft h eT o t a lE n v i r o n m e n t ，2 0 0 3 ，3 0 8 I - 3 1 9 5 ．2 1 0 ． 上接8 页 后，渣中金品位可由2 1 ．1 6g ／t 提高到3 4 ．7g ／t 。经 简单的硫磺回收工艺，尾渣可直接进行氰化再提金。 参考文献 [ 1 ] 赵春霞．硫铁矿烧渣制取聚合硫酸亚铁的反应行为研 究[ D ] ．武汉武汉理工大学，2 0 0 2 ． [ 2 ] 郑晓虹，陈玉峰，黄升光，等．硫酸浸取法从硫铁矿烧渣 中提取铁的研究[ J ] ．化工进展，2 0 0 3 2 1 6 5 - 1 6 8 ． [ 3 ] 郝艳玲，范福海．直接酸溶法浸取硫铁矿烧渣中铁的实 验研究[ J ] ．岩石矿物学杂志，2 0 0 4 ，2 3 3 2 7 9 - 2 8 1 ． [ 4 3 陶颖．硫酸烧渣中铁浸取条件的研究及应用[ J ] ．无机 盐工业，2 0 0 3 ，3 5 6 4 2 - 4 3 ． [ 5 ] 罗玉玲，陶颖．硫酸烧渣浸取实验研究[ J ] ．开封大学学 报，2 0 0 0 ，1 4 1 3 3 3 5 ，4 8 ． [ 6 ] 陈吉春，陈永亮．硫铁矿烧渣还原酸浸制取硫酸亚铁 口] ．矿产综合利用，2 0 0 4 3 4 2 4 5 ． [ 7 ] 徐颖惠，林维晟，刘俊劭．酸解法回收硫铁矿烧渣中铁 的研究[ J ] ．化学工程与装备，2 0 0 8 9 3 2 - 3 6 ． [ 8 ] S o u z aAD ，P i n aPS ，L e a oVA ，e ta LT h el e a c h i n gk i n e t i c so faz i n cs u l p h i d ec o n c e n t r a t ei na c i df e r r i cs u l p h a t e [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 7 ，8 9 7 2 8 1 ． [ 9 ] T a p i oS a l m i ，H e n r i kG r 6 n m a n ，H e i d iB e m a s ，e ta 1 ． M e c h a n i s t i cm o d e l l i n go fk i n e t i c s a n dr f l a s st r a n s f e rf o ra s o l i d l i q u i ds y s t e m IL e a c h i n go fz i n cw i t hf e r r i ci r o n [ J ] ． C h e m i c a lE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，2 0 1 0 ，6 5 4 4 6 0 - 4 4 7 1 ． [ 1 0 ] S i l v i aMC ，S a n t o sRM 。M a c h a - d oM ，e ta LF e r r i c s u l p h a t e ／c h l o r i d el e a c h i n go fz i n ca n dm i n o re l e m e n t s f r o mas p h a l e r i t ec o n c e n t r a t e [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r - i n g 。2 0 1 0 ，2 3 6 0 6 6 1 5 ． [ 1 1 ] 彭建蓉，王吉坤，杨大锦，等．高铟高铁硫化锌精矿加压 浸出溶液铁的还原研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 。 2 0 0 7 4 2 - 4 ． [ 1 2 ] X I EK e - q i a n g ，Y A N GX i a n - w a n ，W A - N GJ i - k u n ，e t a LK i n e t i cs t u d yo np r e s s u r el e a c h i n go fh i g hi r o n s p h a l e r i t ec o n c e n t r a t e [ J ] ．T r a n s ．N o n f e r r o u sM e t ． S o c ．C h i n a ，2 0 0 7 ，1 7 1 8 7 1 9 4 ． [ 1 3 3A t aA k c i l ，H a s a nC i f t c i ．M e t a l sr e c o v e r yf r o mm u h i m - e t a ls u l p h i d eC o n c e n t r a t e s C u F e S 2 - P b S - Z n S c o m b i - n a t i o no ft h e r m a lp r o c e s sa n dp r e s s u r el e a c h i n g [ J ] ． I n t ．J ．M i n - e r ．P r o c e s s ，2 0 0 3 ，7 1 2 3 3 - 2 4 6 ． [ 1 4 ] 孙天友，王吉坤，杨大锦，等．硫化锌精矿加压氧化酸浸 动力学研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 2 2 1 - 2 3 ． [ 1 5 ] 肖纯。杨声海．硫化锌精矿空气氧化硫酸浸出的动力 学研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 1 7 - 1 0 ． [ 1 6 ] 龙小艺．硫化锌精矿电催化浸出工艺研究[ D ] ．南昌 南昌大学，2 0 0 5 ． 万方数据