有色冶炼中铁矾渣的资源化利用

1、有色冶炼中铁矶渣的资源化利用秦树辰王海北苏立峰北京矿冶研究总院摘要：本文分析了铁矶渣物相组成，对铁矶渣综合利用方法进行了阐述，分析了高温焙烧分 解、酸法浸出、碱法浸出工艺的特点、铁矶渣处理新思路以及工业化应用情况。建议根据各 种废弃渣的特性，有效利用其所含成分，与铁矶渣进行协同处理，有利于实现无害化、资源 化、减量化处置铁矶渣等其他废弃渣。关键词：铁矶渣综合利用 无害化 资源化 协同处理Comprehensive treatment and utilization of jarosite of nonferrous metallurgyQin shuchen Wang Haibei Su Li

2、fengBeijing General Research Institute of Mining and MetallurgyAbstract: in this article,the composition and phase of jarosite was analyzed, the comprehensive utilization of jarosite was analyzes and summarizes,and the characteristic of the high temperature roasting decomposition acid leaching、alkal

3、ine leaching、new idea of treating with jarosite and industrial application was introduced. The researcher pointed that coprocessing jarosite with other industrial waste slag is conducive to process jarosite and other slag in harmless、reclamation and reducing quantity method.Key words: Jarosite Compr

4、ehensive utilization Harmless Reclamation Coprocessing前言铁矶渣是湿法炼锌厂除铁过程中产出的固体废弃渣，通常含有铁、铅、锌和铜等有价金 属，也会夹杂有铟、银等高附加值金属，具有一定经济回收价值。铁矶渣在一定的酸性条件 下能够稳定存在，但当环境PH升高或受热时，会发生分解或者水解，溶出重金属离子，造 成土壤和水体污染。因此，铁矶渣不易长期堆放，应及时进行处理合理利用，否则会造成资 源浪费，而且也会给周边环境带来污染隐患。铁矶渣一般含有铁25-30%，铜0.2-0.8%，铅0.5-10%，锌5-12%，有些含有镓、锗、铟 和银等稀散贵金属，其物

5、相主要是六方晶系的铵铁矶、黄钾铁矶或铅锌铁矶等混合铁矶、 Fe3O4、铁酸锌（ZnFe2O4）和ZnSO4。经分析可知1，铟主要存在于铁矶中，是铁矶法沉铁 过程中以类质同象的形式替代铁离子，占据铁矶晶格形成铟铁矶。银元素也会以类质同象赋 存于铁帆中，绝大多数为铁矶所包裹2-3。铁矶类物质受热晶格会被破坏，在不同温度段会 有发生失重，逐步脱水，脱氨分解，分解形成不同的晶体物质，利用此性质，通常采用热分 解或者还原热分解处理铁矶渣4-5。铁矶渣综合利用现状综合处理铁矶渣是提取其有价金属，无害固化处理无价物质，有火法和湿法两大类工艺 方法，火法主要是高温焙烧分解处理；湿法主要有：酸浸分解、碱浸分解。

6、2.1火法工艺火法处理主要是高温焙烧分解法，是指先在高温下焙烧破坏铁钒晶体结构，使其分解， 再利用碳热还原成金属，挥发后再氧化成氧化物进行收集。温度一般为11001300C，配入 焦粉或碎煤形成还原性气氛。铁、硅进入渣中进行选矿分离送炼铁系统，铅、锌和铜等金属 富集与烟尘中回收利用。2.1焙烧-磁选法曹晓恩等人提出直接还原-磁选-反浮选工艺，指出在碱度为2.5,配碳比为1.4,温度为 1300C还原30min金属化率达到98.47%，铅、锌挥发率分别达到86.25%和98.54%，渣在 磁场强度为159.2 KA/m磁选后，铁精矿I品位为46.66%，铁回收率达到79.79%，经反浮 选后得到

7、品位60.30%的铁精矿II,此工艺体现出工艺简单，生产效率高，分离效果好的优 点6。路殿坤等人7进行了焙烧-磁选工艺研究，研究指出在900r还原焙烧后进行磁选，磁选 精矿铁品位为58.99-58.72%，含硫2.5-3%，但磁选精矿中锌含量均比尾矿高约1%，不能作 为原料返回高炉冶炼。2.2氯化焙烧法也有学者提出氯化挥发处理铁矶渣，氯化焙烧是指在一定条件下，借助氯化剂的作用， 使物料中的某些组分转变为气相或凝聚相的氯化物，利用金属氯化物低沸点、高挥发性特点， 以使有价金属和其它组分分离富集。1998年F泰勒卡和D.J.弗雷利用氯气和聚乙烯氯化物残渣对黄钾铁矶进行氯化回收金 属，将黄钾铁矶或者

8、将其与锌的铁酸盐混合之后在450-600C下预热，然后热水浸出，滤渣 在空气中用纯氯气进行直接氯化处理或者用聚乙烯氯化物残渣燃烧产生的HCl进行间接氯 化处理，直接氯化处理能够使得锌挥发率达到90%以上，50%以上的铁转化成赤铁矿8。 2.2湿法工艺2.2.1碱浸分解法由于碱溶液在常温常压下能够有效分解铁矶，陈永明等人提出NaOH分解含铟铁矶渣 新工艺，指出铁矶渣经NaOH溶液浸出分解后形成Na2SO4浸出液和含In和Zn的浸出渣， 含In和Zn的浸出渣经盐酸选择浸出后用TBP萃取In和Zn，所得渣经磁选富集后可以作为 炼铁原料。研究表明：在m（NaOH）： m（铁矶渣）=0.3814:1、温

9、度60C、液固比2:1、反应时 间2h的最优条件下，铁矶渣分解率达到98.03%，其他杂质金属大部分留在渣中，铁主要以 Fe3O4形式沉淀入渣，渣中铁能够富集至38.81%，实现有效利用铁资源，但仍有含铅弃渣产 生9。北京矿冶研究总院研究了氨水分解铁矶渣的研究，指出在一定条件下氨水能够使得95% 铁矶渣分解，约有60%的锌和铜进入溶液中，75%的银留在渣中，经渣样物相分析查明，分 解渣样中基本不存在铁矶，同时含硫量很低。2.2.2酸浸分解法酸浸分解一是利用浓硫酸直接溶解，再分步结晶使得大部分铁分离，然后生产聚合硫酸 铁或者加热分解生产氧化铁或还原制备铁粉；二是酸浸过程中加入金属铁，将一定量的硫

10、酸 铁还原为硫酸亚铁，镍、钻和铜等进入硫酸亚铁溶液，采用沉淀法回收，溶液净化后用于制 备铁的化工产品，但这些工艺除杂过程较为复杂10。王玉棉等人进行了热酸浸出黄钠铁矶渣工艺研究，研究指出浸出黄钠铁矶渣的最佳工艺 条件为:硫酸质量浓度为225 g/ L,反应温度为95C,反应时间为2.5h, Fe、Zn浸出率均大 于96%，黄钾铁矶渣中有价金属反应比较彻底11。程柳等人用浓硫酸在160C下浸出黄钾铁矶，浸出时间6h，锌浸出率达到98%12。刘鹏飞等人对比研究了硫酸和盐酸浸出黄钾铁矶渣，硫酸浸出黄钾铁矶渣的最佳工艺条 件是温度95C、时间2 h、搅拌速率300 r/min、硫酸浓度1.2 mol/

11、L、液固质量比100:5， Fe，Zn的浸出率达80%。盐酸浸出黄钾铁矶渣的最佳工艺条件是温度95C、盐酸浓度2.8 mol/L、搅拌速率400 r/min、时间1.5 h、液固质量比100:5, Fe,Zn, Pb的浸出率分别达83%, 89%和99%，从渣样中分析可知，盐酸浸出渣中主要是SiO2以及少量Fe2O3，基本上不含 Pb元素，盐酸可将渣中Pb全部回收13。北京矿冶研究总院将热酸浸出液与锌精矿、铁矶渣一起加入压力釜内进行，利用热酸浸 出液中铁和铁矶渣中铁水解生成赤铁矿产出的酸，以及热酸浸出液残酸浸出锌精矿，实现综 合利用，锌浸出率达到96% （按锌精矿含锌计），并且回收铁矶渣中57

12、%以上的锌，提高了 浸出渣中铁含量，减少了铁矶渣堆存。北京矿冶研究总院开展了氨浸/酸浸-氨性分解-锌液萃取的试验，指出酸性体系浸出效果 最好，浸出率达到81%，酸性浸出渣进行氨性分解浸出，锌的分解率达到37%，锌总回收 率达到88%，用P204三级萃取锌，总萃取率达到84%。东北大学符岩等人提出一种综合利用黄钠铁矶渣的方法，利用1%5%的硫酸溶液按液 固比3:1-10:1将黄钠铁矶有价金属选择性浸出，浸出液回收镍、铜、钻和锌等，将浸出渣与 硫酸混合，在微波辐射下加热6-15min，加入水和含金属铁的物料，常温下熟化28h，调节 溶液中的全铁浓度为160180g/L，并且使得二价铁离子含量占全铁

13、含量的2040%；加热 至4080C，加入双氧水反应13h，三价铁水解、聚合制备成聚合硫酸铁14。2.3火法-湿法联合工艺根据铁矶渣特性，适当选择组合火法焙烧和湿法浸出工序，实现有效浸出有价金属，焙 烧主要是改变铁矶渣物相，分解难浸物相。蓝碧波等人提出铁矶渣酸浸-焙烧-酸浸工艺，该工艺首先利用硫酸在室温下浸出铁矶渣 中硫酸锌，然后在620C焙烧1.5h使得铁矶转变成氧化铁，再通过酸浸焙砂中的锌和其他元 素。锌回收率能够达到99.11%，酸浸渣中铁含量达到66%以上，可以作为铁精矿产品销售， 本方法不仅用于处理铁矶渣也可以用于处理铅银渣，综合回收有价金属15。薛佩毅等人研究了中低温焙烧-NH4C

14、l浸出-碱浸工艺，铁矶渣在650C下焙烧1h后，渣 中 KFe3(SO4)2(OH)6分解为 Fe2O3，ZnSO4和 PbSO4，在 105C下用 6mol/LNH4Cl 浸出 2h， Zn，Pb和Cd的浸出率均在95%以上，Fe含量由焙烧后的23.21%提高到40%。再用23.08% 的NaOH溶液于160C下浸出1h，Fe含量可提高到54%左右，且As含量可降低到0.1%， 最终的浸出渣可作为铁精矿使用。此工艺采用了 NH4 Cl体系，能够使得许多有价金属如锌、 铅、铜、镍、钻、银等与氯或氨配位进入溶液；而铁、硅、钙等由于溶液呈中性或碱性而不 被浸出；可很方便地进行萃取净化10。高丽霞等

15、人研究了中低温活化焙烧-低酸浸出铁矶渣，指出在680-720C焙烧1.5h后用 0.5mol/L的硫酸常温浸出1h，锌浸出率大于95%，铟浸出率达到82%，铁浸出率小于10%， 可以有效回收锌和铟，铁没有大量浸出16。2.4铁矶渣处理新思路魏继业针对富含赤铁矿和铁酸锌的黄钾铁矶渣，利用热酸浸出铁矶渣中铁和锌，经过铁 粉还原、硫化沉淀、氟化沉淀等工序制备软磁锰锌铁氧化体用前驱粉体，可以为制备电器元 件提供原料，实现铁矶渣的有效利用17。阳征会等人研究了采用还原焙烧-酸浸工艺制备复合镍锌铁氧体，指出黄钠铁矶渣与无 烟煤在800C下还原焙烧0.5h,铁矶渣中铁被还原为二价铁，焙烧渣用0.5 mol/

16、L硫酸溶液 在70 C浸出40 min,渣中93%的铁和镍进入浸出液中。浸出液经过净化除杂后加入硫酸 镍和硫酸锌，以nh4hco3为沉淀剂制备镍锌铁碳酸盐。该工艺过程简单，工艺条件易于控 制，为黄钠铁矶渣的有效利用提供了新的途径18。侯小强等人用硅酸盐水泥固化铁矶渣，通过添加外加剂如沸石、硫化钠能够提高重金属 离子的稳定性，形成固化体的浸出毒性符合国家标准要求，实现铁矶渣无害化处置19-21。马红周等人采用真空还原蒸馏的方法回收铁矶渣中的铅、锌，在还原蒸馏铅锌的过程中， 使渣中铁转变为磁铁矿或者铁单质，经过真空蒸馏，既回收铅锌，又使铁转变为较易回收的 形式，从而充分利用铁矶渣中的有价金属，并使

17、铁矶渣减量22。巨少华等人利用微波能具有选择性加热物料、对冶金反应有促进作用、可降低冶金反应 的温度等特点，开发了微波硫酸化焙烧-水浸处理铁矶渣的一种清洁的综合利用铁矶渣的方 法，将铁矶渣与浓硫酸混合后进行微波焙烧，焙烧渣进行水浸和固液分离后，得到富含有价金 属Fe、Zn、In、Cu、Ag和Cd等的浸出液和富含Pb的浸出渣23。姚金环等人也将超声波引入到处理铁矶渣中，利用超声波能够加快铁矶渣溶解，能够提 高铟和锌的浸出率。这些都为铁矶渣处理提取有价金属提供了新方法。2.5铁矶渣处理工业应用现状目前，铁矶渣综合利用工艺研发较多，也有已经工业化应用的。韩国锌业有限公司(KZC) 于1995年8月采

18、用奥斯麦特技术处理锌冶炼产出的黄钾铁矶渣，能够形成一种惰性的利于 环保的炉渣。北京矿冶研究总院针对铁矶渣进行了低酸浸出-中和-萃取回收锌的小型和扩大试验，巴 彦淖尔紫金有色金属公司于2012年开工建设年处理20万吨铁矶渣的示范工程，可溶锌总回 收率81.15%，年回收锌量4545t/a，减少了渣排放量和渣中有色金属含量，具有显著经济效 益和社会效益。3结束语铁矶渣是湿法炼锌排放出的一种废弃渣，既是一种污染物也是一种资源，处理铁矶渣要 回收其中铅、锌、铜、银和铟等有色金属及伴生稀散贵金属，而且更为重要的是需要一种环 境友好的处理方法，实现无害化处置无价物质，不能造成二次污染。根据其成分及物相状态

19、，选择合适的处理工艺，结合其他废弃渣成分特性，有效利用不 同废弃渣，降低有价物料消耗，实现铁矶渣与其他废弃物料资源再生利用与协同处理，或者 利用铁矶渣制备具有高附加值产品，有利于实现真正意义上的无害化、资源化、减量化处置 铁矶渣等废弃渣。参考文献姚金环,丘雪萍，陈钦，张会，李延伟.超声波辅助浸出铁矶渣中铟、锌试验研究J.湿法冶 金,2017,36(04):262-266.曹晓恩，徐洪军,洪陆阔，武兵强,石鑫越，周和敏,齐渊洪.铁矶渣直接还原-浮选回收银工艺研 究J,矿冶工程,2017,37(02):71-73+78.黄汝杰，谢建宏,刘振辉.从锌冶炼渣中回收银的试验研究几矿冶工程,2013,33

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