高铟高铁硫化锌精矿加压浸出溶液铁的还原研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 高铟高铁硫化锌精矿加压浸出溶液铁的还原研究 彭建蓉，王吉坤，杨大锦，阎江峰 云南冶金集团总公司技术中心，云南昆明6 5 0 0 3 1 摘要用硫化锌精矿作还原剂还原高铟高铁硫化锌精矿加压浸出溶液中的F e ”。分别进行了精矿粒 度、精矿用量、时间、温度、溶液酸度以及原液F e 件浓度对还原效果的影响，结果表明，在温度为8 0 ～ 9 0 ℃、时间～2 ．0h 、精矿过剩系数1 ．2 、精矿平均粒径～l O k t m 的条件下，可以将H z S O t 浓度为8 ～4 0 g ／L 溶液中F e ”的8 0 ％以上还原成F e ”。与现行工业中的硫化锌精矿还原技术条件相比，反应时间大 为缩短，温度亦可降低。 关键词高铁硫化锌精矿；铁；还原 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 7 0 4 0 0 0 2 - - 0 3 S t u d yo nt h eR e d u c i n go fI r o nf r o mt h eL i x i v i u mo fZ i n cS u l p h i d e C o n c e n t r a t ew i t hH i g hI r o na n dI n d i u mC o n t a i n i n g P E N GJ i a n r o n g ，W A N Gj i k u n ，Y A N GD a - j i n ，Y A NJ i a n g - f e n g T h eC e n t e ro fT e c h n o l o g y 。Y u n n a nM e t a l l u r g y i c a lG r o u pC o ．L t d ．，K u n m i n g ，Y u n n a n6 5 0 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h es t u d yo nt h ee x p e r i m e n t a t i o no fr e d u c i n gF e 3 u s i n gz i n c - s u l p h i d ec o n c e n t r a t ef r o ml i x i v i u m t h a tz i n c s u l p h i d ec o n c e n t r a t eb e a r i n gh i g hc o n t e n to fi n d i u ma n di r o nw a sl e a c h e du n d e ro x y g e np r e s s u r e h a sb e e nc a r r i e d ．T h ee f f e c t o ft h ef o l l o w i n gf a c t o r so nr e d u c t i o nh a sb e e ns t u d i e d ，t h e r ea r e g r a n u l a r i t y o fc o n c e n t r a t e ，t h ed o s a g eo fc o n c e n t r a t e ，t i m e ，t e m p e r a t u r e ，t h ea c i d i t yo fs o l u t i o na n dt h ec o n c e n t r a t i o n o fF e 3 b e f o r er e d u c t i o n ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a tm o r et h a n8 0 ％o fF e S i n8 ～4 0 9 ／LH 2S 0 4s o l u t i o n w e r er e d u c e dt oF e 2 十o nt h ef o l l o w i n gc o n d i t i o n s 8 0 ～9 0 ℃，2 ．0h ，t h es u r p l u sc o e f f i c i e n to fc o n c e n t r a t e i s1 ．2 ，a v e r a g ep a r t i c l ed i a m e t e ri sa b o u t1 0 “m ．C o m p a r e dw i t hr e d u c t i o n c o n d i t i o nu s i n gz i n cs u l f i d e s c o n c e n t r a t ei nc u r r e n ti n d u s t r y ，t h er e a c t i o nt i m ew a sg r e a t l yr e d u c e da n dt h et e m p e r a t u r ew a sd e c r e a s e d ． K e y w o r d s H i g hi r o nz i n cs u l p h i d ec o n c e n t r a t e ；I r o n ；R e d u c t i o n 在含铟高铁闪锌矿精矿中，铟的价值占主金属 锌价值的一半以上。所以在处理这类锌精矿时，就 需要选用铟、锌并重能有效回收锌、铟的流程。为此 我们研究了“加压酸浸一溶剂直接萃取提铟”和“加 压酸浸一中和沉淀分离提铟2 种处理工艺流程，这 2 种处理流程都存在将溶液中大量的高铁离子F e 3 还原成低价态F e 2 的问题，为此，我们进行了加压 浸出溶液中铁的还原试验研究。 使用硫化锌精矿作还原剂还原F e 抖已是一成 作者简介彭建蓉 1 9 6 3 一 ，女，重庆云阳人，高级丁二程师 熟的工艺技术，但Z n S 是一种惰性较大的还原剂， 为加快反应速度，生产上采用近于沸腾温度 9 5 ～ 1 0 0 ℃ ，还原时间4 ～6h 。可见在如此高的温度、 长时间条件下，使蒸汽耗量大，生产成本增加。笔者 在对还原过程进行理论分析后认为，对精矿进行再 磨矿处理，可以增大精矿比表面积和反应活性，从而 大大提高还原反应速度和降低反应温度。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 3 1 原料成分 试验所用的还原原液为某含铟高铁硫化锌精矿 加压酸浸产出的浸出溶液，主要成分为 g ／L Z n i 0 0 ．2 8 、全F e1 5 ．1 、F e 2 ～2 ．1 5 、F e 3 1 2 ．9 5 、C u ～ 0 ．8 5 、C d ～0 ．3 5 、S i 0 2 ～0 ．1 8 、H 2 S 0 44 0 ．1 3 。还原 剂为云南某高铁含铟硫化锌精矿，其化学分析结果 为 ％ Z n3 9 ．8 5 、F e1 5 ．2 4 、S3 0 ．9 1 、C u0 ．6 8 、C d 0 ．2 3 、A s0 ．4 9 、S i 0 23 ．1 8 。 还原试验每次使用原液5 0 0m L ，采用可调控电 炉直接加热，搅拌使用J J 一1 精密增力电动搅拌器 搅拌，搅拌线速度为～2 0 9m ／m i n 。 2 试验结果 2 ．1 硫化锌精矿粒度对铁还原效果的影响 本研究以选矿获得的硫化锌精矿粒度为起点， 对精矿进行再磨矿，根据磨矿时间的不同，分别得到 不同细度 即平均粒径 的精矿，以考察粒度对铁还 原效果的影响。试验条件为锌精矿用量为理论量 的1 ．2 倍、温度9 0 ℃、时间1 ．5h ，试验结果如图1 所示。 精矿平均粒j 垒以” 图1 硫化锌精矿粒度对铁还原效果的影响 F i g ．1 E f f e c to fc o n c e n t r a t eg r a n u l a r i t y o nr e d u c i n gr a t eo fF e 由图1 结果可知，随着精矿平均粒径的变小， F e 3 的还原率几乎成直线上升，但精矿粒度太细， 会增大磨矿成本，所以适宜的精矿平均粒径应为～ 1 0 “m 。 2 ．2 硫化锌精矿用量对铁还原效果的影响 在锌精矿平均粒径9 ．4 5 8 肛m 、温度9 0 ℃、时间 1 ．5h 的条件下，分别进行了原液H S O 。浓度为 4 0 ．1 3g ／L 和9 ．8 1g ／L 两种酸度条件下硫化锌精 矿用量对铁还原效果的影响，试验结果表明，在两种 酸度条件下，随着精矿用量的增加，铁的还原率提 高；但当精矿用量达到理论量的1 ．2 倍时，继续提高 精矿用量，铁还原率提高幅度不大。故较为合适的 硫化锌精矿用量应为理论量的1 ．2 倍左右。 2 ．3 时间对还原效果的影响 在硫化锌精矿平均粒径9 ．4 5 8 “m 、精矿用量为 理论量的1 ．2 倍、温度．9 0 ℃的条件下，进行了时间 对铁还原率影响的研究，结果见图2 。 堡 墼 翼 图2 时间对铁还原效果的影响 F i g ．2 E f f e c to ft i m eo nr e d u c i n gr a t eo fF e 卣图2 可知，随着时闯的延长，铁的还原率提 高，当还原时问达到1 ．7 5h 左右时，铁的还原率达 到最大值，继续延长时间，铁的还原率增加甚微。 2 ．4 酸度对还原效果的影响试验 考虑到生产实际中，可能会产出不同酸度的加 压浸出溶液，故进行游离H S O ；浓度对铁还原结果 的影响。试验条件精矿平均粒径9 ．4 5 8 弘m 、精矿 用量为理论量的1 ．2 倍、温度9 0 ℃、时间1 ．5 h 。结 果如图3 所示。 堡 蓬 爨 游离硫酸浓度， gL - 1 图3原液游离H S O 。浓度对还原效果的影响 F i g ．3 E f f e c to fs o l u t i o na c i d i t yo n r e d u c i n gr a t eo fF e 结果表明，在试验控制的酸度范围内，随着原液 H S O ；浓度的升高，铁的还原率有所提高，这可以 解释为，在还原过程中，Z n S 是以离子状态移人溶 术、醉隧蝌搽 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 液口j ，S 2 一与溶液中的H 结合成硫化氢气体，生成 的H S 又与F e 抖发生反应，故酸度升高，铁的还原 率增大。 2 ．5 温度对还原效果的影响试验 试验条件精矿平均粒径9 ．4 5 8 肚m 、精矿用量 为理论量的1 ．2 倍、时间1 ．5h 。温度试验结果表 明，当温度从5 0 ℃上升到7 0 ℃时，铁的还原率呈直 线上升趋势；继续升高温度，铁的还原率提高幅度变 缓，到8 0 ℃以上时，铁的还原率提高很小。由热力 学和动力学分析可知，提高温度有利于还原反应的 进行，但当温度提高到一定程度时，由于决定还原反 应速率步骤发生转变，此时温度对还原反应的影响 程度已大大减弱，故继续提高反应温度，铁的还原率 提高不大。所以从生产实践考虑，适宜的还原温度 应为8 0 ℃左右，而无须要在沸腾温度下进行。 2 ．6 原液F e 3 浓度对还原效果的影响 在生产实际中，可能会因为原矿铁含量的不同 和浸出条件控制的不同而产出不同F e 件浓度的加 压浸出溶液，故进行F e ”浓度对还原效果的影响试 验研究。试验固定原液H S O 。浓度1 2g ／L 、时间2 h 、精矿平均粒径9 ．4 5 8 肚1 T I 、精矿用量为理论量的 1 ．2 倍，分别进行了6 0 ℃、8 0 ℃、9 3 ℃下F e 3 浓度对 还原效果的影响试验研究，结果如图4 所示。 由图4 所示结果可见，随着原液F e 件浓度的增 高，铁的还原率提高。在试验控制条件下，当原液 F e 件浓度由3 ．9 6g ／L 提高到1 5 ．4g ／L 时，铁的还 原率提高迅速；继续增大F e 件浓度，铁的还原率提 窆 篓 翼 高铁离子浓度， gL - 1 图4 原液F e 3 浓度和温度对还原效果的影晌 F i g ．4 E f f e c to fF e 3 c o n c e n t r a t i o nb e f o r e r e d u c t i o no nr e d u c i n gr a t eo fF e 高不大。比较6 0 ℃、8 0 ℃、9 3 ℃下原液F e 3 十浓度与 铁还原率的关系曲线可见，当温度由6 0 ℃升高到 8 0 ℃时，铁的还原率提高很大；8 0 ℃与9 3 ℃下的曲 线距离很近，再次表明，还原温度控制在8 0 ℃左右 即可。 2 ．7 半工业试验结果 在上述试验结果的基础上，使用云南某铅锌股 份有限公司容积为3 ．2 7m 3 加压釜产出的浸出溶液 进行了还原铁的半工业试验，其中低酸度溶液为预 中和后溶液。设备容积为5 0m 3 的作业槽，不锈钢 蛇形管间接加热，机械搅拌，精矿成分 ％ Z n 3 8 ．9 6 、S2 8 ．6 7 ；精矿平均粒径1 2 ．2 肛m 。试验条件 及结果如表1 所列。 表1加压浸出溶液铁还原半工业试验结果 T a b l e1 t h er e s u l t eo fs e r e i n d u s t r i a lt e s to nr e d u c i n gF e 精矿用量 理时间温度 论量倍数／h／ C 还原前液 全F eFe3H2S04 ／ g L 一1 ／ g L 一1 ／ g L 一1 还原后液 全F e F e 3 ／ g L 一1 ／ g L 一1 还原率 ／％ 0 ．9 48 0 ． 1 ．1 08 1 ． 1 _ 0 38 1 ． 1 ．1 88 4 ． 1 ．1 08 2 ． 1 ．0 78 1 ． 半工业试验结果很好地验证了实验室研究结果。 还原后液能满足中和沉淀铟或是溶剂萃取铟的要求。 3结论 1 用硫化锌精矿作还原剂还原加压浸出溶液 中的铁，其较佳的工艺技术条件为精矿平均粒径～ 1 0 “m 、精矿用量为理论量的1 ．2 ～1 ．3 倍、温度8 0 ～9 0 ℃、时间1 ．5 ～2 ．0h 。 2 在选矿获得的硫化锌精矿粒度的基础上，再 磨矿2 0 ～3 0r a i n ，即能获得颗粒平均粒径为～1 0 Ⅱr n 的细磨精矿，用此精矿还原高铁，可以将现行工 下转第1 1 页 积一一o o o o 8 8 体向一4 4 4 4 3 3舰竺如如如∞弘娼 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 表3 五级串级反萃平衡出口水相分析 T a b l e3 A n a l y s i so fa q u e o u sp h a s ef r o me x i ta f t e r f i v es e r i e sc o u n t e r c u r r e n ts t r i pe q u i l i b r i u m 2 ．8 扩大试验结果 ⋯ 采用2L 箱式混合澄清槽进行扩大试验，流程 为3 级萃取，2 级洗涤，5 级反萃，逆流萃取。 试验条件料液含铜1 5 ．4 5g ／L 、铁1 ．7 4g ／L 、 料液p H 一1 、皂化度7 0 ％、洗酸为0 ．1m o l ／L 的 H 2 S O 。、反萃酸为6m o l ／L 的H C l 。 试验结果萃余相中铜含量1 4 ．8 8g ／L ，铁含量 0 ．0 4 3g ／L ，萃取率高达9 6 ．3 1 ％，铜铁分离系数 10 3 0 ，铜回收率9 6 ．2 6 ％。 3结论 用P 5 0 7 煤油体系对高铜低铁料液萃取分离铜 铁能达到良好的效果，且工艺简单、适用，一次性投 资低；如铜的夹带损失过大造成回收率降低，可适量 增加洗涤段级数及洗酸浓度；经过3 级逆流萃取、2 级洗涤扩大试验，铁的萃取率为9 6 ．3 1 ％，铜铁分离 系数10 3 0 ，铜回收率9 6 ．2 6 ％。 参考文献 [ 1 ] 吴文健，蒋汉瀛，杨松青．铜镍矿硝酸浸出液中高含量铁 的萃取分离[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 9 5 I l i 一 1 4 ． [ 2 ] 刘向东，李滦宁，马玖彤，等．L i x 9 7 3 萃取浓料液中铜的 应用研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 4 2 4 ． E 3 I T o n yM o o r e ，B r i a nT o w n s o n ，C h a n c l e sM a e s ．浓料液中 铜的溶剂萃取[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 0 3 5 1 1 ． 上接第4 页 艺上的还原时间由4 ～6h 缩短到1 ．5 ～2 ．0h ；还原 渣直接返回加压浸出系统。 参考文献 [ 1 ] 杨显万．高温水溶液热力学数据手册[ M ] ．北京冶金工 业出版社，1 9 8 3 ． E 2 ] 徐采栋，汪大成，林蓉．锌冶金物理化学[ M ] ．上海上海 科学技术出版社，1 9 7 9 ． E 3 ] 魏昶，王吉坤．湿法炼锌理论与运用[ M ] ．云南云南科 技出版社，2 0 0 3 ． E 4 ] D r e i s i n g e rDB ．锌压浸工艺的动力学[ J ] ．株冶科技， 1 9 9 0 ，7 1 3 - - 4 1 0 1 一i 1 1 ． [ 5 ] 陈家镛，于淑秋，伍志春．湿．法冶金中铁的分离与利用 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 i ． 万方数据