低品位氧化锌粉矿制粒及碱性浸出.pdf

1 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 低品位氧化锌粉矿制粒及碱性浸出 冯林永，杨显万，沈庆峰，金炳届，徐明丽 昆明理工大学材将与冶金工程学院，云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要小于2m m 的氧化锌矿 含锌5 ．1 7 ％ 与5 ％的水泥混合，制粒并固化，所得颗粒直径5 ～8m m 。固 化3 天、1 0 天、4 5 天的颗粒用碱性溶液浸出，最大浸出率分别为9 2 ．2 ％、8 7 ．3 ％、7 2 ．9 ％．减少固化时同 能够缩短反应时间、增加颗粒中锌的溶解以及减少浸出剂中初始锌浓度的影响。实验表明颗粒最少需 固化3 天。动力学研究表明浸出过程受浸出剂通过脉石层的扩散控制，表观速率常数分别为3 ．5 l 1 0 2d 一1 、8 ．0 9 1 0 ～3d 一1 和4 ．7 4 1 0 3d 一1 。 关键词制粒；氨浸；低品位粉矿；氧化锌矿；柱浸 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 8 0 3 - - 0 0 1 2 - - 0 3 P e l l e t i z i n ga n dA l k a l i n eL e a c h i n go fL o wG r a d eP o w d e r yO r e so fZ i n cO x i d e F E N GL i n - y o n g ，Y A N GX i a n - w a n ，S H E NQ i n g f e n g ，J I NB i n g - j i e ，X UM i n g l i K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ．K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t L o wg r a d ep o w d e r yz i n co x i d eo r e s 5 ．1 7 ％Z n ， 9 7 ％， 并引入微波场改进了矿浆的过虑性能[ ’- 2 ；李国民 研究了高硅氧化锌矿浸出脱硅工艺，取得了酸碱消 耗减半，锌浸出率9 6 ％的指标[ 3 3 ；针对酸浸脱硅困 难、渣量大、酸耗高，近些年不少单位对氧化锌的碱 作者简介冯林永 1 9 8 0 一 。男，博士生。湖北仳桃人． 浸进行了研究H _ 1 妇；杨大锦等对含锌1 1 ．4 9 ％的低 品位氧化锌矿以自然粒度筑堆堆浸，在堆浸过程中， 由于泥化阻塞溶液流通的通路，溶液在矿石中渗透 速度不大，如果连续喷淋，溶液不能完全渗透，若采 用微小液滴进行连续喷淋，又会增大溶液的自然蒸 发量，造成水消耗高[ 1 2 1 。为解决工业堆浸过程中细 粒氧化锌粉矿对浸出剂渗透性的影响，本文分离出 低品位氧化锌矿中的粉矿，对其制粒、固化，所得颗 粒进行了碱性柱浸，考察了固化时间、浸出剂浓度、 p H 以及浸出剂中初始锌浓度对颗粒中锌浸出率的 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期1 3 ， 影响，为工业上经济利用该资源提供了技术支持。 1 实验原料与方法 高钙镁低品位氧化锌矿来自云南兰坪。化学成 份 ％ Z n9 ．6 、F e8 ．5 、C a O2 5 ．3 、M g O1 ．1 、S i 0 2 1 5 。1 、A 1 2 0 30 ．7 、C u0 ．0 2 。X R D 分析表明Z n C 0 3 、 C a C O 。和S i O 。是矿物的主要成分，还含有少量的 锌铁矿 Z n ，F e ，M n F e ，M n 2 0 。和微量的铁闪锌 矿 n Z n S m F e S 。锌在矿物中主要以菱锌矿 8 5 ．7 ％ 存在，其次是硅锌矿 1 2 ．6 ％ 。 实验所用原料是从上述原矿中分离出的一2 m m 粉矿，含锌5 ．1 7 ％。将其与5 ％水泥混合、制 粒、在空气中固化，得到粒径为5 ～8m m 颗粒。 浸出剂为硫酸铵溶液，用氨水调节其p H 。共 进行9 组实验，各实验液固比均为4 1 ，其它实验 参数列于表1 中。所用 N H 。 S O 。和氨水为分析 纯试剂。 柱浸实验在图1 所示的装置中进行。高位瓶中 的浸出剂以9 5L ／ m 2 h 的流速通过颗粒层后收 集在底部集液瓶。分析浸出液中锌浓度时每次取样 1 0m L ，由取样造成的液固比变化基本上可以忽略。 表1 实验参数 T a b l e1P a r a m e t e r so ft e s t 2 结果与讨论 2 ．1 硫酸铵浓度和p H 的影响 图2 是用不同浓度和p H 的硫酸铵溶液浸出时 锌的浸出率曲线。从图2 可以看出当硫酸铵溶液 p H 在9 ．0 、浓度从2 ．0m o l ／L 降到1 ．0m o l ／L 时， 锌浸出率从8 5 ．0 3 ％迅速下降到了2 1 ．2 ％。如果浸 出剂中不加入氨水，硫酸铵溶液p H 将在6 ．5 左右， 此时锌浸出率达2 1 ．2 ％就不再上升。图中曲线1 ～ 4 对应锌的最大浓度分别为2 ．8g ／L 、5 ．3g ／L 、9 ．7 g ／L 、1 1 ．0g ／L 。可见，颗粒中锌的溶解度随硫酸铵 浓度和p H 增加而增大。 图1 浸出过程示意图及玻璃柱尺寸 F i g ．1 T h es k e t c hm a po ft e s ta n dt h e d i m e n s i o no fg l a s sc o l u m n l I o 图2 硫酸铵浓度对浸出率影响 F i g ．2 T h ee f f e c to f N l l 4 2 S 0 4 c o n c e n t r a t i o no nz i n cl e a c h i n gr a t e 2 ．2 固化时间的影响 在浸出剂含有相同初始锌浓度2 ．5 9g ／L 时，固 化时间对锌浸出率的影响显著 图3 。图3 说明缩 短固化时间可以提高锌的浸出率。但是固化时间太 爨 、 褥 云三 型 函 图3 固化时间对浸出率影响 F i g ．3 T h ee f f e c to ft h es o l i d i f i c a t i o n t i m eo nt h ez i n cl e a c h i n gr a t e 盟闻旧㈠㈠U f{lIId罨II}lIIlt 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 短会导致颗粒强度太低在浸出时破裂太多，浸出剂 通过物料层困难。实验表明颗粒最少需固化3 天。 2 ．3 浸出剂中初始锌浓度的影响 图4 显示含不同初始锌浓度的 N H ； S O ；溶 液分别浸出固化4 5 天和1 0 天颗粒的情况。从图4 中可见，当固化时间很长时，随浸出剂中初始锌浓度 的降低浸出率升高，即初始锌浓度为零时是最有利 于颗粒中锌的溶解。对固化l O 天的颗粒，浸出剂中 初始含锌浓度对锌的浸出影响不大，如图5 所示。 在整个浸出过程中锌浸出率的最大差值是5 ．0 2 ％， 说明减少颗粒的固化时间，可以消除浸出剂中初始 锌浓度对浸出率的影响，这对浸出液浸出多批物料 是很有利的。 “耵 9 0 零 叠跚 Z 誓7 0 I 如 5 b 一颗粒髑化l O 天 5 ．1 J7 ．51 01 2 ．51 51 7 ，52 02 2 ．5 时间／d 图4 初始锌浓度对浸出率影响 F i g ．4T h ee f f e c to ft h eZ n 2 c o n c e n t r a t i o no nt h ez i n cl e a c h i n gr a t e 2 ．4 浸出过程的速率控制 在对颗粒进行浸出时，浸出剂通过颗粒中孔隙 或裂纹扩散到矿物颗粒的表面进行反应，浸出过程 符合“反应区域模型，，[ 1 副．浸出速率可以由以下三 种情况控制 a 化学反应控制， b 通过脉石层的扩 散控制， c 混合控制。基于图4 中的数据，本文对 不同固化时间的颗粒浸出进行动力学分析。将图4 中所示浸出率z 以[ 1 一 1 - x 1 7 3 ] 一t 和r l 一2 ／3 x 一 1 - - z 2 门] 一t 作点图并过原点对各点进行线形 拟合，所得图形列于图5 ～6 。对比图5 ～6 可以看 出，按扩散控制拟合时直线的相关系数R 4 ～R 6 均 比R 1 ～R 3 大且更接近1 。说明浸出过程是受浸出 剂在脉石层中扩散控制的。相应的浸出速率方程分 别为 1 2 ／3 z 一 1 一z 2 ／3 3 ．5 1 1 0 2t 1 2 ／3 z 一 1 - z 2 ／3 8 ．0 9 1 0 3t 1 2 ／3 z 一 1 - z 2 ／3 4 ．7 4 1 0 3t 3结论 1 成功地将含锌5 ．1 7 ％的粉矿制粒柱浸回收 了锌。锌浸出率随硫酸铵浓度和p H 值的升高而增 大。对固化3 天、1 0 天、4 5 天的颗粒，锌浸出率分别 可达9 2 ．2 ％ 1 0 天内 、8 7 ．3 ％ 2 5 天内 、7 2 ．9 ％ 2 5 天内 。 2 对固化4 5 天的颗粒锌浸出率随初始锌浓度 图5 [ 1 一 1 一工 1 7 3 ] 与时间关系 F i g ．5 T h ec u r v eo f [ 1 一 1 一工 1 7 3 ] 一f 图6 [ 1 2 ／3 工一 1 - - x 2 ／3 ] 与时间关系 F i g ．6 T h ec u r v eo f [ 1 2 ／3 x 一 1 一z 2 7 3 ] 一f 的减少而上升。对固化1 0 天的颗粒，初始锌浓度对 浸出率影响不明显。减少固化时间可以缩短反应时 间，增加锌的溶解，并可以消除浸出剂中初始锌浓度 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 1 5 对浸出率的影响。但固化时间少于3 天时颗粒在浸 出剂中破碎太多，浸出剂通过物料层困难。 3 动力学研究表明浸出过程受浸出剂通过固 体脉石层的扩散控制。相应浸出速率方程分别为 1 2 ／3 z 一 1 - - x 2 ／3 3 ．5 1 1 0 2t 1 2 ／3 z 一 1 - x 2 ／3 8 ．0 9 X I O 一3 ￡ 1 2 ／3 z 一 1 - x 2 n 一4 ．7 4 X 1 0 3t 参考文献 [ 1 ] 林祚彦，华一新．高硅氧化锌矿硫酸浸出的工艺及机理 研究口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 5 9 一1 1 ． [ 2 ] H u aY ，L i nZ ，Y a n7 - A p p l i c a t i o no fm i c r o w a v ei r r a d i a t i o nt Oq u i c kl e a c h i n go fz i n cs i l i c a t eo r e [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g2 0 0 2 ，1 5 4 5 1 - - 4 5 6 ． [ 3 ] 李国民．高硅氧化锌矿浸出脱硅工艺的研究[ J ] ．中国 有色冶金，2 0 0 5 4 3 2 - - 3 5 ． [ 4 ] 刘三军，欧乐明，冯其明．氧化锌矿的碱法浸出研究 亡J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 4 4 3 9 4 3 ． [ 5 ] 杨声海，李英念，巨少华，等．用N H 。C I 溶液浸出氧化 锌矿石．J ] ．湿法冶金，2 0 0 6 ，2 5 4 1 7 9 1 8 2 。 [ 6 ] 姚耀春，王平．难选氧化锌矿氨浸的动力学研究_ J ] ．云 南冶金，2 0 0 1 ，3 i 3 2 2 2 4 ． [ 7 ] 姚耀春，朱云，王平．难选氧化锌矿氨浸的动力学研究 [ J ] ．有色金属，2 0 0 4 ，5 6 3 4 9 5 1 ． [ 8 ] 张元福，粱杰，李谦．铵盐法处理氧化锌矿的研究[ J ] ． 贵州工业大学学报 自然科学版 ．2 0 0 2 ，3 1 1 3 7 4 1 ． [ 9 ] 朱云，胡汉，苏云生，等．难选氧化锌矿氨浸动力学[ J ] ． 过程工程学报，2 0 0 2 ，2 1 8 1 8 5 ． [ 1 0 ] 李志华，薛怀生，姚耀春．兰坪难选氧化锌矿氨浸动力 学[ J ] ．云南冶金，2 0 0 3 ，3 3 4 2 2 2 4 ． [ 1 1 ] 张保平，唐谟堂，杨声海．氨法处理氧化锌矿制取电锌 [ J ] ．中南工业大学学报 自然科学版 ，2 0 0 3 ，3 4 6 6 1 9 6 2 3 ． [ 1 2 ] 杨大锦，谢刚，贾云芝，等．低品位氧化锌矿堆漫实验 研究[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 6 ，6 1 5 9 6 2 ． [ 1 3 ] 华一新．冶金过程动力学导论I - M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 4 1 9 5 ． 上接第1 1 页 3 阴极极化曲线分析表明电解液中加入锗，交 换电流密度和传质系数将随之增加，锌电极极化被 削弱，其电沉积机理也相应发生变化。 ．参考文献 一 [ 1 ] 梅光贵，王德润，周敬元，等．湿法炼锌学I - 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- 3 7 0 ． [ 6 ] M o r r i s o nRM ，M a c K i n n o nDJ ，U c e d aDA ，e t a l ．T h e e f f e c to fs o m et r a c em e t a li m p u r i t i e so nt h ee l e c t r o w i n - n i n go fz i n cf r o mK i d dC r e e ke l e c t r o l y t e [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 9 2 2 9 4 1 3 - - 4 3 0 ． [ 7 ] F o s n a c h tDR ，K e e f eT J0 ．E v a l u a t i o no fz i n cs u l p h a t e e l e c t r o l y t e sc o n t a i n i n gc e r t a i ni m p u r i t i e sa n da d d i t i v e sb y c y c l i cv o h a m m e t r y [ J ] ．J o u r n a lo fa p p l i e de l e c t r o c h e m i s t r y 。1 9 8 0 1 0 4 9 5 5 0 4 ． [ 8 ] I c h i n oR ，C a c h e tC ，w i 8 r tR ．M e c h a n i s mo fz i n ce l e c - t r o d e p o s i t i o ni na c i d i cs u l f a t ee l e c t r o l y t e sc o n t a i n i n gP b 2 i o n s E J ] ．E l e c t r o c h i m i c aA c r o ，1 9 9 6 4 1 1 0 3 1 1 0 3 9 ． [ 9 ] 徐采栋，林蓉，汪大成．锌冶金物理化学[ M ] ．上海上 海科学技术出版社，1 9 7 8 ． [ 1 0 ] 高颖，邬冰．电化学基础[ M ] ．北京化学工业出版 社．2 0 0 4 ． 万方数据