高铁硫化锌精矿加压浸出工艺

高铁硫化锌精矿加压浸出新工艺瞿仁静王晓曼鲁艳梅(云南省冶金研究设计院，云南昆明650031)摘要：高铁硫化锌精矿加压浸出冶炼工艺与传统工艺不同，锌精矿焙烧过程发生的氧化反应和锌焙砂浸出过程发生的酸溶反应合并在一起进行，主体设备为高压釜。该技术较传统工艺节能30%，锌浸出率＞95%，铁浸出率＜30%，浸出指标好，有广阔的发展前景。本文介绍了这种工艺的原理、流程、特点以及该新兴工艺在工业上的具体应用。关键词：高铁硫化锌精矿；加压浸出；节能；环保；锌浸出率；铁浸出率。NewProcessofPressureLeachingonHigh-ironZinc-sulphideConcentrateQuRenjingWangXiaomanLuYanmei(YunnanMetallurgicalResearchandDesignInstitute,Kunming,Yunnan650031,China)ABSTRACT:Differentwiththetraditionalprocess,pressureleachingonhigh-ironzinc-sulphideconcentratecombinestheoxidationreactionoccurszincconcentrateroastingprocessandtheacid-solublereactionoccurszinccalcineleachingprocesstogether,andthemainequipmentisautoclave.Theprocesssaves30%energycomparedwithtraditionaltechnology,andwiththehighrateofzincleachingprocesses.Zincleachingrateisgreaterthanorequalto95%,ironleachingrateislessthanorequalto30%,leachingindexwasbetter,andhasbroadprospectsfordevelopment.Theprinciples,processes,characteristicsandtheindustrialapplicationsofthisnewtechnologyweredescribed.KEYWORDS:high-ironzincsulphideconcentrate；pressureleaching；energysaving；environmentalprotection；zincleachingrate；ironleachingrate1刖言在现代经济建设中，锌已成为不可缺少且用量大的基础有色金属。我国锌储量居世界第一位，云南锌资源十分丰富，锌探明储量超过2000万，其中高铁锌资源储量700万t，占云南锌资源储量的三分之一。高铁硫化锌精矿中，铁以类质同相替代矿物品格中的锌，通过机械磨矿和选矿的物理方法难以使铁分离，产出的锌精矿含锌低(40〜45%)，含铁高(14〜20%)，其化学成分低于铁精矿质量四级品标准要求。采用传统湿法炼锌工艺，焙烧时铁大量生成铁酸锌，锌浸出率低，浸出渣含锌高。采用高温高酸浸出，虽提高锌浸出率，但铁大量浸出，导致后续除铁流程复杂，经济上不合理。为此，开发适合处理高铁硫化锌精矿的高效、清洁、经济的锌冶炼技术成为我国锌冶金行业科技创新的重要课题。国内对氧化锌精矿加压浸出技术进行了一系列研究，上世纪80年代末，北京矿冶研究总院、株洲冶炼厂和加拿大舍利特研究中心合作进行锌精矿氧压浸出试验研究，取得一定的研究成果，由于各方面原因，没有实现工业化应用。1993年10月，北京矿冶研究总院经过多年的研究，率先将高冰镍加压浸出技术在新疆阜康冶炼厂实现工业化生产，为国内加压浸出技术的发展积累了经验。2001年起，云南冶金集团总公司进行了高铁硫化锌精矿加压浸出技术新工艺的小型及半工业试验研究，取得了预期的技术经济指标，为该项目的产业化奠定了基础。2002年6〜9月，云南冶金集团总公司在云南澜沧铅矿进行了10升规模的高铁锌精矿和常规硫化锌精矿的小型试验研究。2002年10月〜2003年1月，在小型试验的基础上，开展连续加压浸出（加压釜几何容积3.24m3）新工艺的半工业试验研究。2004年，云南冶金集团总公司采用一段加压浸出技术，在云南永吕铅锌股份有限公司建设10000t/a电锌示范厂。2007年6月，在澜沧铅矿采用两段加压浸出工艺建设20000t/a电锌示范厂。2009年，该工艺应用于云南建水光慈有限公司100000t/a电锌示范厂和云南驰宏呼伦贝尔140000t/a电锌示范厂的建设中，进一步完善了加压浸出处理高铁硫化锌精矿工艺。该工艺以流程短、环境污染小、主体工艺流程不受硫酸市场制约的优点受到极大关注。加压处理高铁硫化锌精矿，必须考虑铁的行为，使铁尽可能留在渣中，实现锌的选择性浸出。2工艺简介高铁硫化锌精矿氧压浸出，是在温度为140〜150°C，氧分压0.8〜1.3Mpa的条件下，将高铁硫化锌精矿直接浸出的工艺。在锌浸出过程中，矿物品格中的铁也部分浸出，并作为氧的传递载体加速锌的浸出，在浸出结束后，铁大部分以铁矶形态沉淀留在渣中，从而实现锌的选择性浸出。高铁硫化锌精矿中的铁可作为催化剂，达到趋利避害的目的，解决了其他炼锌工艺受到铁杂质干扰的难题，是一种新兴的环保型工艺。高铁硫化锌精矿氧压浸出工艺根据基础条件的不同，分为两种工艺路线：一段加压浸出和两段加压浸出。对于已有焙烧一浸出一电解锌生产厂，可采用一段加压浸出工艺进行技术改造，扩大产量；对于新建的处理高铁硫化锌精矿厂，采用两段加压浸出工艺。采用氧压浸出工艺处理高铁硫化锌精矿，锌浸出率＞95%，铁浸出率＜30%，氧耗220kg/t精矿，硫以元素硫形态产出，所获指标达到国际先进水平。3工艺原理、流程氧压浸出的实质是将锌精矿焙烧过程发生的氧化反应和锌焙砂浸出过程发生的酸溶反应合并在一起进行。为了加速反应的进行，在锌精矿焙烧过程中，采用提高温度的办法来增大反应速度常数。而在氧压浸出时，除了适当提高反应温度至140〜150°C外，则主要是采用具有较高的氧分压。由于所用氧浓度增大，在质量作用定律支配下，锌精矿的氧化反应速度也大大地提高了。加压浸出以铁闪锌矿[Zn・nFe]S为主的高铁锌精矿时，其中的硫化锌按⑴式反应，锌以硫酸锌的形态浸出进入溶液。由于铁以类质同相替代闪锌矿品格中的锌，形成部分FeS，在高温加压浸出时按反应(2)生成硫酸亚铁FeSO4，然后进一步按反应(3)氧化为硫酸铁Fe2(SO4)3，硫酸铁与铁闪锌矿中的硫化锌矿物按反应(4)进行生成硫酸锌和硫酸亚铁，硫酸亚铁又按反应(3)再生为硫酸铁。因此，铁闪锌矿中的铁经加压浸出后形成的三价铁是氧的传递载体，是锌浸出的催化剂，加速锌的浸出。TOC\o"1-5"\h\zZnS+H2SO4+0.5O2=ZnS04+S+H2O(1)FeS+H2SO4+0.5O2=FeSO4+S+H2。(2)2FeSO+HSO+0.5O=Fe(S0)+HO(3)42422、4’32v7Fe(SO)+ZnS=2FeSO+ZnSO+S(4)2、4,344反应(2)在直接加压浸出锌的同时，不断提供硫酸亚铁。反应(4)使浸出过程中形成的硫酸亚铁间接浸出硫化锌，并通过反应(3)使直接浸出和间接浸出产生的硫酸亚铁氧化为硫酸铁，实现间接浸出剂硫酸铁的再生，使间接浸出贯穿整个浸出过程。现介绍两段加压浸出工艺流程。第一段加压浸出采用低酸浸出(约50%的锌被浸出)，然后进行第二段高酸加压浸出，第二段的浸出液返回第一段。第一段加压低酸浸出产出的浸出液(锌120〜130g/L、含铁2〜3.5g/L、含酸3〜5g/L)，经氧化水解除铁，除铁后液直接进入溶液净化工序；第二段加压浸出处理第一段加压浸出的浸出渣，使渣含锌降至2%以下，其浸出液返回到第一段高压釜；第二段浸出渣经过浮选，产出元素硫精矿；银富集在铅银渣中另行处理，弃渣堆存。4设备传统锌冶金采用流态化焙烧炉、浸出槽、净化槽、电解槽等设备，需要建设配套的焙烧车间和制酸厂，锌浸出率低。空气污染严重。加压浸出高铁硫化锌精矿工艺采用高压釜、矿浆加热器、闪蒸槽、加压泵、高压釜控制仪表等，无需建设配套的焙烧车间和制酸厂，在环保和经济方面都有很强的竞争力。机械设备优先选用节能产品，大功率的风机、水泵采用变频调速装置。槽子加盖，蒸汽管道保温，减少热损失。整个生产工艺过程采用现场总线技术PROIBUS的DCS系统控制。锌熔铸采用耗能较低的新型低频感应电炉。5工艺优势高铁硫化锌精矿加压浸出工艺具有如下优势：（1）工艺流程简洁。该工艺将传统湿法炼锌工艺的焙烧、收尘、制酸、浸出、渣处理工序合并为一段加压浸出或两段加压浸出，工艺流程简化，环节减少。（2）趋利避害。前已述及高铁硫化锌精矿中的铁在该工艺中起到催化作用，加速了锌的浸出，化害为利，实现了锌的选择性浸出，使铁的浸出得到有效控制，降低沉矾除铁系统的投资。（3）环境友好，易实现清洁生产。工艺为全湿法流程，精矿中的硫以元素硫形式从渣中回收，省去了传统工艺中焙烧脱硫、烟气的收集、冷却系统及制酸工序，避免了$。2的污染。（4）伴生金属回收利用程度高。铅、银等伴生金属在加压浸出过程中进入浸出渣，通过浮选浸出渣，将大量元素硫及硫化物浮选后，铅、银等富集在浮选尾矿中，相对于精矿的富集比约5倍，有利于下一步回收利用。（5）工艺灵活。规模可大可小，特别适合交通欠发达地区实现硫化锌精矿的冶炼，降低运输成本，提高企业综合效益。可以单独建设加压浸出的全湿法炼锌厂；也可以与传统湿法炼锌工艺相互衔接，进行扩产改造。（6）基建投资省。省去了传统工艺的工序，其基建投资仅为传统工艺的60〜70%。6应用实例2002年6〜9月，在云南澜沧铅矿进行了10升规模的高铁锌精矿和常规硫化锌精矿的小型试验研究。2002年10月〜2003年1月，由云南冶金集团总公司组织有关企事业单位的技术人员组成的联合研究小组，在小型试验的基础上，开展连续加压浸出（加压釜几何容积3.24m3）新工艺的半工业试验研究，整个试验历时4个月。2004年云南冶金集团总公司采用一段加压浸出技术，在云南永吕铅锌股份有限公司建设10000t/a电锌示范厂，在国内外率先实现高铁硫化锌精矿加压浸出技术的产业化。现该产业化示范工程已建设完毕，从2004年下半年试生产至今，取得了较好的指标：锌浸出至98%，铁浸出率＜30%，氧耗220kg/t精矿，所获指标达到国际先进水平。2007年6月，在澜沧铅矿采用两段加压浸出工艺建设20000t/a电锌示范厂。2009年，云南冶金集团总公司进行云南建水光慈有限公司100000t/a电锌示范厂和云南驰宏呼伦贝尔140000t/a电锌示范厂的建设，进一步完善了加压浸出处理高铁硫化锌精矿工艺。生产示范线的实施，将使云南省的锌矿资源得到科学、合理的开发利用，使西部资源优势能很好的转化为经济优势，显著提高经济效益、社会效益和环境效益，促进西部经济的发展。7结语加压浸出技术是环境友好的工艺，能取得环境、社会、经济三相结合的效益，设置环保管理和监测机构，对环境影响全面达到国家要求。该新兴工艺对高铁硫化锌精矿具有良好的适应性，且技术指标稳定，锌浸出率＞95%，铁浸出率＜30%，充分利用浸出过程中铁的催化作用，加速锌的浸出速率。突破了传统湿法炼锌工艺难以经济、有效处理这类资源的现状。高铁硫化锌精矿加压浸出工艺具有工艺简洁、趋利避害、节能环保、资源充足等优点，具有广阔的产业化应用前景。参考文献:[1]杨刚，王吉坤.高铁硫化锌精矿加压浸出技术应用[J].云南冶金，2006,35(1)83-84.