孫天友

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

針鐵礦除鐵工藝改進(jìn)

孫天友

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004）

某廠在對直接浸出煉鋅工藝流程改進(jìn)的基礎(chǔ)上，對針鐵礦除鐵工藝流程進(jìn)行了工業(yè)試驗探索，采用還原－預(yù)中和－針鐵礦除鐵工藝，試驗過程對還原、預(yù)中和、針鐵礦除鐵過程的工藝控制技術(shù)條件進(jìn)行了研究，探索出針鐵礦除鐵的優(yōu)化工藝控制條件。

針鐵礦除鐵；還原；預(yù)中和；氧氣量；銅保留率

某廠引進(jìn)常壓富氧直接浸出煉鋅工藝，在試生產(chǎn)階段，低酸浸出過程產(chǎn)出大量含硫泡沫，導(dǎo)致生產(chǎn)不能連續(xù)進(jìn)行。為此該公司對直接浸出煉鋅工藝流程進(jìn)行了大膽改進(jìn)，采用一段高酸浸出流程解決了泡沫問題。在此基礎(chǔ)上對原設(shè)計的除鐵流程進(jìn)行改進(jìn)，采用還原－預(yù)中和－針鐵礦沉鐵工藝進(jìn)行除鐵。

1 直浸煉鋅設(shè)計工藝及其改進(jìn)

2006年某廠引進(jìn)常壓富氧直接浸出煉鋅工藝（下稱直浸），項目于2006年開始建設(shè)，2009年12月開始投料試生產(chǎn)，2011年項目工藝路線全面拉通。直浸煉鋅工藝中原設(shè)計在硫化鋅精礦低酸浸出后進(jìn)行針鐵礦除鐵，工藝流程如圖1所示。

圖1 直浸煉鋅原設(shè)計工藝流程圖

在項目投產(chǎn)過程中，鋅精礦在低酸浸出反應(yīng)器中被部分浸出產(chǎn)出硫磺，這部分硫磺夾帶硫化鋅精礦在鼓入氧氣的作用下，形成一個浮選系統(tǒng)，產(chǎn)出大量的浮選泡沫。低酸浸出反應(yīng)器、溜槽、低酸濃縮槽中大量泡沫的存在導(dǎo)致生產(chǎn)不能拉通，后續(xù)的除鐵工藝不能實現(xiàn)運行。

針對浮選泡沫對直浸生產(chǎn)的嚴(yán)重干擾，該廠做過相應(yīng)的改造，如溜槽分層處理、濃縮槽噴淋降硫等方案，但效果有限。后將直浸工藝流程做了大的調(diào)整，在直浸反應(yīng)器中制作高酸浸出，浸出濃縮后液做還原、預(yù)中和后再進(jìn)行針鐵礦沉鐵。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 直浸煉鋅生產(chǎn)工藝流程圖

2 針鐵礦除鐵工藝原理

目前該廠采用的還原－預(yù)中和－針鐵礦沉鐵工藝即為V.M法針鐵礦沉鐵流程。V.M法針鐵礦除鐵是對高溫高酸浸出后液含F(xiàn)e3＋較高的溶液，先加入還原劑通常采用硫化鋅精礦進(jìn)行還原，將高鐵離子濃度降低到1 g／L以下，再將還原溶液通過鼓入氧氣或空氣，添加中和劑控制反應(yīng)過程pH值，進(jìn)行除鐵的過程。

針鐵礦法除鐵的化學(xué)原理：

高鐵離子還原原理：

針鐵礦除鐵原理：

中和劑中的鉛會以PbSO4或鉛鐵［PbFe6（SO4）4（OH）12］的形式析出，在鐵離子還原不完全的情況下，將會有草黃鐵釩［（H3O）Fe3（SO4）2（OH）6］產(chǎn)生。

3 某廠針鐵礦除鐵工藝應(yīng)用改進(jìn)

3.1 預(yù)還原的過程控制

高溫高酸浸出過程采取提高浸出溫度、溶液酸度和氧化程度等措施，提高浸出過程鋅的浸出率的同時，也導(dǎo)致浸出后液鐵離子濃度的升高，含鐵高達(dá)15 g／L以上，其中Fe3＋濃度有時會超過10 g／L。過高的Fe3＋濃度不利于針鐵礦的形成，必須加入還原劑進(jìn)行還原。

常壓富氧直接條件穩(wěn)定，調(diào)節(jié)預(yù)還原前液和預(yù)還原鋅精礦礦漿流量以使預(yù)還原鋅精礦用量為理論量的2倍，通過調(diào)節(jié)預(yù)還原反應(yīng)槽攪拌機的頻率調(diào)整攪拌強度，試驗結(jié)果見表1。

從表1可知，只要攪拌強度在60%以上，溫度在90℃以上，反應(yīng)時間對浸出后液高鐵離子的還原率影響不大。因此綜合考慮，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，預(yù)還原工藝可采用酸浸礦漿濃縮后的自然溫度，預(yù)還原時間＞3 h，即可滿足還原工藝要求。

3.2 預(yù)中和過程控制

對直浸的還原后液含酸在25～30 g／L直接進(jìn)行針鐵礦沉鐵需中和劑量較大，必須進(jìn)行預(yù)中和，在保證銅離子的沉淀率的情況下，降低除鐵前液的酸度。試驗在3個100 m3的攪拌槽中進(jìn)行，中和后液送直徑25 m的濃縮槽中進(jìn)行濃縮分離。試驗進(jìn)行了4次的試驗，溶液流量150 m3／h，中和劑（鋅焙砂）在1＃、2＃預(yù)中和槽按1.5∶1的比例加入，試驗結(jié)果見表2。

表2 預(yù)中和終點pH值的選擇試驗結(jié)果

試驗從控制pH值2.5開始，當(dāng)控制pH值2.5時，溶液中銅的保留率超過了100%，這說明銅沒有沉淀，反而由于酸度較高，鋅焙砂中的銅被部分浸出來；當(dāng)控制pH值3.0時，銅的保留率80%以上；當(dāng)控制pH值3.5時，約50%的銅沉淀下來，說明pH控制的最佳值為2.5～3.0。

3.3 針鐵礦除鐵過程工藝控制

針鐵礦除鐵過程是一個連續(xù)的控制過程，其中pH值、氧氣濃度、晶種返回在針鐵礦沉鐵過程中至關(guān)重要。

3.3.1 pH值控制

pH值是針鐵礦法沉鐵的關(guān)鍵控制指標(biāo)，中和劑的加入作用是及時中和針鐵礦形成過程中產(chǎn)生的酸，從而達(dá)到穩(wěn)定控制沉鐵過程中pH值的目的。用該廠自產(chǎn)鋅焙砂做中和劑。

由于理論上pH值4.0以上不是針鐵礦的形成條件，所以現(xiàn)場擴(kuò)大試驗選取pH值2.5～4.0之間，同時根據(jù)前面實驗室條件實驗結(jié)論，選取鐵渣量的1／3作為晶種返回量，5個槽氧氣量分別為／m3·h－1：50、100、150、150、150進(jìn)行工業(yè)試驗，每次條件實驗都對每個沉鐵槽出口取樣抽濾，觀察所產(chǎn)生的鐵渣形態(tài)。pH值控制在4.0左右時對沉鐵的影響情況見表3。

表3 1?！?＃反應(yīng)器pH值均控制4.0左右對沉鐵的影響

從表3可以看出，pH值控制4.0左右，F(xiàn)e2＋沉淀較快，到第二個槽只有0.5 g／L Fe2＋，F(xiàn)e3＋含量較低，Cu2＋出現(xiàn)大量沉淀，不利于銅在系統(tǒng)回收，出口渣樣普遍呈膠狀，過濾困難，含鐵只有24%，分析此條件下不是產(chǎn)生針鐵礦，應(yīng)為氫氧化鐵膠體，所以沉鐵pH值控制不宜過高，不能超過4.0。1＃反應(yīng)器pH值控制2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器pH值控制3.0～3.5對沉鐵的影響見表4。

表4 1＃反應(yīng)器pH值控制2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器pH值控制3.0～3.5對沉鐵的影響

從表4可以看出，沉鐵1＃pH值按2.5～3.0控制后，銅保留率85%，除鐵徹底，渣樣易過濾，品位達(dá)到30%。

繼續(xù)下調(diào)pH值控制，將1＃～5＃pH值均按2.5～3.0控制，得出試驗結(jié)果見表5。

表5 1?！?＃反應(yīng)器pH值控制2.5～3.0對沉鐵的影響

從表5可以看出，沉鐵1?！?＃pH值按2.5～3.0控制后，銅保留率接近100%，渣樣易過濾，鐵渣品位達(dá)到30%，但5＃出口終點殘鐵量超過1 g／L，除鐵不徹底。

綜上，pH值最佳控制范圍為：1＃反應(yīng)器2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器3.0～3.5，按此條件控制，5＃出口Fe2＋＜0.2 g／L，Cu2＋的保留率75%。

3.3.2 氧氣量

預(yù)中和后液中的鐵主要以Fe2＋形式出現(xiàn)在溶液中，形成針鐵礦必須先將Fe2＋氧化成分Fe3＋，氧化速度過快，溶液中Fe3＋濃度過高，易產(chǎn)生Fe（OH）3絮狀沉淀，不利于針鐵礦形成，氧化速度太慢，F(xiàn)e2＋未沉淀，溶液中的殘留的Fe2＋偏高，不利于后續(xù)工序。

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預(yù)中和后液以150 m3／h進(jìn)入沉鐵，pH值控制1＃2.5～3.0，2?！?＃3.0～3.5，鐵渣量的1／3作為晶種返回量，調(diào)整氧氣量，試驗結(jié)果見表6。

表6 不同O2量對沉鐵效果的影響

從表6可以看出，選取的O2量為1＃50 m3／h、2＃80 m3／h、3＃150 m3／h，由于4＃、5＃Fe2＋含量較少，為氧化徹底，保證除鐵后液合格率，選取4＃和5＃氧氣量和3＃一樣，為150 m3／h。

3.3.3 晶種返回

晶種返回在針鐵礦沉鐵過程中發(fā)揮了重要的作用?，F(xiàn)場擴(kuò)大試驗中采用將沉鐵濃密機部分返回做晶種，對晶種返回量做了擴(kuò)大試驗，其它條件為pH值控制1＃反應(yīng)器2.5～3.0，2?！?＃反應(yīng)器3.0～3.5，O2量為：1＃50 m3／h、2＃80 m3／h、3?！?＃150 m3／h，溫度為溶液自然溫度75～80℃，得到結(jié)果見表7。

表7 晶種返回量與溶液殘鐵量、鐵渣含鋅、鐵渣含鐵的關(guān)系

從表7可以看出，加大晶種返回量，鐵渣中未反應(yīng)完的鋅會少量再浸出進(jìn)入溶液，從而降低鐵渣含鋅，提高鐵渣品位，但當(dāng)返回量超過1／2時，系統(tǒng)含固增加，影響傳質(zhì)過程，溶液殘鐵量明顯增加，而鐵渣品位上升不明顯，故現(xiàn)場生產(chǎn)選擇1／3總鐵渣量為晶種返回量。

3.3.4 針鐵礦除鐵過程銅離子的作用及控制

在針鐵礦除鐵過程中，銅離子的作用具有兩方面的作用，一方面銅離子是亞鐵離子的主要氧化劑，同時，銅離子也是氧氣對亞鐵離子氧化的重要催化劑。

在pH值控制大于2.0以上時，銅離子具有對亞鐵離子的氧化作用，還原后的亞銅離子在氧氣的氧化下，迅速轉(zhuǎn)變成銅離子，實現(xiàn)對亞鐵離子的氧化作用。

生產(chǎn)實踐中，控制沉鐵過程銅離子濃度在0.3 g／L以上時，亞鐵離子的氧化速度將得到很快的提高，促進(jìn)針鐵礦沉鐵反應(yīng)的發(fā)生。

4 改進(jìn)效果

從最近一年來的生產(chǎn)實踐情況來看，預(yù)還原中和針鐵礦法沉鐵工藝運行穩(wěn)定，效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的：鐵渣品位高，渣量少，降低了回轉(zhuǎn)窯處理鐵渣的負(fù)擔(dān)；沉鐵后液合格率高，波動小，為后續(xù)工藝的生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的條件。工藝改進(jìn)前后的一年生產(chǎn)情況對比情況見表8。

表8 預(yù)還原中和針鐵礦法沉鐵工藝改進(jìn)前后一年生產(chǎn)情況對比（月均數(shù)據(jù)）

5 結(jié) 語

1.沉鐵渣品位上升幅度達(dá)34.3%，在相同鋅精礦投入量的生產(chǎn)條件下，鐵渣量減少幅度達(dá)68.6%，用于過濾鐵渣的壓濾機開車臺數(shù)由3臺減為1臺，相應(yīng)的回轉(zhuǎn)窯的鐵渣處理量大幅度減小。

2.鐵渣含鋅降低，降低幅度達(dá)33.37%，減少了鋅的損失；銅在沉鐵過程的保留率提高14.12%，減少了銅的損失。

3.沉鐵后液合格率由77%提升至96.87%的較好水平，提高幅度達(dá)19.87%，整個沉鐵工藝實現(xiàn)了長期穩(wěn)定運行。

［1］ 陳家鏞.濕法冶金中鐵的分離與利用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

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［3］ 鐘竹前，梅光貴.化學(xué)位圖在濕法冶金和廢水凈化中的應(yīng)用［M］.長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1986.

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Im provement of Goethite Precipitation Process

SUN Tian-you
（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China）

On the basis of improvementof the direct leaching process，the zinc smeltermade industrial trail to goethite precipitation process，took the deoxidization－neutralization－goethite precipitation process to remove iron in zinc solution.The target is to test the influence of control condition to deoxidization－neutralization－goethite precipitation，explore the best control conditions to the goethite precipitation process.

goethite precipitation process；deoxidization；neutralization；oxide flow；copper reservation rato

TF803.2＋6

：A

：1003－5540（2014）04－0032－04

2014－06－20

孫天友（1978－），男，工程師，主要從事有色冶煉技術(shù)改造工作。