焦曉斌， 段小維， 段宏志

(白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠， 甘肅 白銀 730900)

?

重金屬

鋅焙砂浸出過程中兩渣分離的探索與實踐

焦曉斌， 段小維， 段宏志

(白銀有色集團股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠， 甘肅 白銀 730900)

濕法煉鋅浸出過程中預(yù)中和工序有鐵礬渣提前形成現(xiàn)象，鉛銀渣、鐵礬渣互混，致使兩渣不能有效回收利用。本文根據(jù)生產(chǎn)實踐中鉛銀渣、鐵礬渣的渣量及指標(biāo)變化，分析了溫度、酸度等控制條件對兩渣的影響，通過改造，將預(yù)中和作為沉礬頭槽，降低陽離子濃度、提高酸度等，有效地抑制了預(yù)中和過程中鐵礬渣提前形成，降低了兩渣含鋅。

鋅焙砂； 浸出； 黃鉀鐵礬法； 鉛銀渣； 鐵礬渣

1 概述

西北鉛鋅冶煉廠浸出車間采用目前國內(nèi)大多數(shù)濕法鋅冶煉廠所采用的方法——黃鉀鐵礬法，中性浸出后再兩段酸性浸出。在酸浸工段產(chǎn)生鉛銀渣，得到的高鐵浸出液在沉礬槽內(nèi)形成鐵礬沉淀，鐵離子的濃度降到中浸要求的濃度以下。浸出過程的主要工藝指標(biāo)如表1所示。

表1浸出過程的控制條件

工序酸度/g·L-1Fe/g·L-1溫度/℃中性浸出60～80<0.0360～70Ⅰ段酸浸40～605～15>80Ⅱ段酸浸50～9015～25>90預(yù)中和10～254～1260～80沉礬pH=1.5<1.5>95

對于高鐵鋅精礦，鐵礬渣的產(chǎn)量大，鐵品位低，無法有效地回收利用，而采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)、煙化等處理，存在二次污染問題。本廠鐵礬渣含F(xiàn)e20%～25%、Zn4%～6%、Pb2%～4%、Ag120～150 g/t；鉛銀渣含F(xiàn)e15%～22%、Pb3%～5%、Ag160～200 g/t，兩渣指標(biāo)無較大差別，難于再進(jìn)一步處理。目前兩渣都只能堆存，造成環(huán)境污染，占地嚴(yán)重。

2 問題分析及改進(jìn)措施

2.1 鐵礬渣提前形成原因分析

2AFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4

(1)

反應(yīng)中水解產(chǎn)物AFe3(SO4)2(OH)6稱為黃鉀鐵礬，是一種含水的堿式硫酸復(fù)鹽，容易沉淀和過濾，不溶于酸。

生產(chǎn)實踐中，由于預(yù)中和控制酸度10～25 g/L、含鐵4～12 g/L、溫度60～80 ℃，預(yù)中和控制的酸度和含鐵量與沉礬條件基本相同，I段酸浸上清泵入預(yù)中和槽內(nèi)，一段上清終酸由25～45 g/L在預(yù)中和加焙砂的情況下調(diào)節(jié)到10～25 g/L，此時pH在1.5～2.0之間，達(dá)到了沉礬要求的pH；一段上清含鐵在5～15 g/L之間，在預(yù)中和反應(yīng)槽內(nèi)鐵含量下降到4～10 g/L，說明有鐵提前沉降現(xiàn)象發(fā)生；而預(yù)中和底流(預(yù)中和渣)返回酸浸后，與酸浸渣混合，形成兩渣互混的局面，鐵礬渣包裹鉛銀渣，鉛銀渣的鉛、銀品位下降，致使鉛銀渣無法有效回收，且鐵礬渣和鉛銀渣指標(biāo)無明顯區(qū)別。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 工藝改進(jìn)

2014年5月，針對浸出兩渣分離開展技術(shù)攻關(guān)，對工藝進(jìn)行了如下改造：

(1)預(yù)中和上清和底流全部進(jìn)入沉礬工序，不再返回Ⅰ段酸浸。改造后，預(yù)中和工序相當(dāng)于沉礬工序的第一槽，首先解決了沉礬工序頭槽含鐵過高而導(dǎo)致后期沉礬1#、3#槽加料也無法降低鐵含量的問題；其次，適當(dāng)調(diào)節(jié)了礦漿pH值，基本達(dá)到沉礬所需酸度，為沉礬工序創(chuàng)造了有利條件；另外，將預(yù)中和工序作為沉礬頭槽，正常生產(chǎn)中預(yù)中和上清流量為80～100 m3/h，底流流量為60～80 m3/h，而泵的流量約為70～80 m3/h，相當(dāng)于延長了30～40 min的沉礬時間，改善了沉礬反應(yīng)時間不足的狀況。

(2)增設(shè)中浸底流、一段酸浸底流流量計，并安裝一段底流濃密自回流管線，精確控制流量，一段底流量由50 m3/h降低到30 m3/h，提高了二段酸浸始酸，延長了鐵酸鋅的裂解時間。

通過工藝流程改造，有效地避免了預(yù)中和過程提前形成的鐵礬渣污染鉛銀渣。改造后的工藝流程如圖1所示。

圖1 Ⅱ段高溫高酸—黃鉀鐵礬工藝流程圖

2.2.2 細(xì)化操作

3 運行實踐

從工藝改造后運行的幾個月情況看，基本達(dá)到了兩渣分離的目的，鉛銀渣含鉛高達(dá)7%～8%，而鐵礬渣含鉛1%～2%，分離效果顯著，系統(tǒng)主要指標(biāo)如表2所示。

3.1 系統(tǒng)鐵的變化

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，可得到Ⅱ段上清到沉礬上清Fe濃度的下降梯度，見表3。

表2 改造前后的控制指標(biāo)及系統(tǒng)鐵含量 g/L

注：改造之前控制指標(biāo)為2011～2013年平均值。

表3 改造前后熱酸浸出液鐵濃度下降梯度 %

3.1.1 Ⅱ段酸浸到Ⅰ段上清鐵的變化

對比分析改造前后熱酸浸出液鐵含量可知，從Ⅱ段酸浸到Ⅰ段酸浸，改造前鐵含量由平均16 g/L降至7.5 g/L，下降53.1%，改造后鐵含量平均由22 g/L降至16 g/L，下降了27.3%，說明改造后，有效地抑制了鐵離子在Ⅰ段酸浸提前生成鐵礬包裹鉛銀渣，F(xiàn)e離子大部分進(jìn)入沉礬系統(tǒng)。

中浸底流、鐵礬渣酸洗液進(jìn)入Ⅰ段酸浸工序，鐵礬渣酸洗上清液鐵含在10～14 g/L之間，流量在40～50 m3/h , 中浸底流量50 m3/h，據(jù)此計算，當(dāng)Ⅱ段酸浸液鐵含量為22 g/L時，上清流量約70 m3/h，那么Ⅰ段酸浸液鐵含量應(yīng)在15 g/L左右，這和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)14～16 g/L非常吻合，說明Ⅰ段酸浸液不存在鐵 “損失”，沒有鐵礬提前形成的現(xiàn)象，其隨Ⅰ段酸浸上清進(jìn)入沉礬系統(tǒng)。

3.1.2 Ⅰ段酸浸到預(yù)中和上清鐵的變化

工藝改造酸度提升后，預(yù)中和鐵下降梯度只有1.27%，幾乎沒有生成鐵礬渣，此階段由于一段上清流量由160 m3/h增加到190～200 m3/h，預(yù)中和反應(yīng)時間只有0.37 h，優(yōu)先中和反應(yīng)，預(yù)中和發(fā)生酸鋅中和反應(yīng)，礬渣生成的時間不足，造成預(yù)中和沒有酸降梯度。

3.1.3 預(yù)中和到沉礬鐵的變化

從預(yù)中和到沉礬上清，改造前鐵含量由平均4 g/L降至1.25 g/L，下降了68.7%；改造后鐵含量含量由平均13 g/L降至2.5 g/L，下降了80.8%。改造改造后沉礬工序鐵濃度變化見表4。

可見，系統(tǒng)中的鐵大部分以鐵礬的形式在沉礬過程中除去，除鐵效果很好，但是沉礬的時間很關(guān)鍵，沉礬濃密機負(fù)擔(dān)了一部分沉鐵時間，沉礬系統(tǒng)設(shè)備能力顯得不足。

表4 改造后沉礬工序1#～7#槽鐵濃度(Fe全)變化 g/L

3.2 焙砂分配比的變化

改造后中浸、預(yù)中和、沉礬三個工序的加料比發(fā)生了較大的變化(見表5)。由于酸浸始酸相應(yīng)提高了20 g/L，而考慮系統(tǒng)酸鋅平衡的問題，這部分酸主要靠電解廢液供給，使酸浸系統(tǒng)流量提高了20 m3/h，另外由于系統(tǒng)中鐵要全部在沉礬中生成礬渣，該過程釋放的酸需要在沉礬系統(tǒng)加焙砂中和，造成預(yù)中和、沉礬加料量增加。并且改造后預(yù)中和相當(dāng)于沉礬系統(tǒng)頭槽，預(yù)中和、沉礬的焙砂幾乎全部進(jìn)入沉礬系統(tǒng)，因此造成酸洗裂解鐵酸鋅的負(fù)擔(dān)，對鐵礬渣含鋅指標(biāo)有很大的影響。

表5 改造前后焙砂加入分配比的變化 %

3.3 兩渣指標(biāo)

2013年、2014年渣量變化見圖2。

圖2 2013年(改造前)、2014年(改造后)渣量變化

從圖2中看出，鐵礬渣的量逐步增加，鉛銀渣量逐漸減少，說明工藝改造后系統(tǒng)經(jīng)過不斷優(yōu)化，鐵在酸浸工序提前形成的情況在逐漸改善，大量的鐵在沉礬工序形成礬渣，鐵礬渣量逐步增加，達(dá)到了預(yù)期的目的。

改造后2014年4-12月，鉛銀渣平均含Zn 4.77%、Pb 6.6%、Fe 17.2%，鐵礬渣平均含Zn 5.5%、Pb 2.12%、Fe 27.14%。鉛銀渣、鐵礬渣含Ag分布見圖3。

圖3 鉛銀渣、鐵礬渣含銀分布

在4～5月份，Ⅱ段酸浸始酸控制在90～110 g/L，雖然礬渣在酸浸提前形成的情況有所改善，鐵主要在沉礬過程中生成礬渣，但是鐵分離效果并不顯著，這可能是由于Ⅱ段酸浸鐵酸鋅裂解條件沒有達(dá)到最優(yōu)化，鐵酸鋅在高浸裂解不完全所致。6月下旬在均衡考慮系統(tǒng)酸鋅平衡的情況下，合理調(diào)節(jié)系統(tǒng)廢液流量分布，精細(xì)化控制濃密底流量、反應(yīng)槽溫度，Ⅱ段酸浸始酸提高到130 g/L，并保證酸浸時間3 h以上，兩渣指標(biāo)取得質(zhì)的突破，鉛銀渣含鋅5.4%，鐵礬渣含鋅5.66%，降低2%。鉛銀渣中鉛富集顯著，從2%～3%升高到7%～8%，為下一步鉛銀浮選奠定了基礎(chǔ)。鐵礬渣含鐵平均約27%，鉛銀渣含鐵平均約7.91%～20%，鐵分離明顯。

4 結(jié)論和問題討論

(1)生產(chǎn)實踐證明，兩渣分離技術(shù)改造是有效的，在不影響生產(chǎn)能力和中上清液質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)了兩渣有效分離，解決了鐵礬包裹銀，鉛銀渣無法浮選回收銀等有價金屬的問題，為下一步回收鉛銀渣中的有價金屬奠定了基礎(chǔ)。

(2)要提高Ⅱ段酸浸效率、進(jìn)一步減少鉛銀渣中的不溶鋅，一個重要的手段就是提高酸浸酸度，如果采用增濃技術(shù)使Ⅰ段底流、沉礬底流含固量達(dá)到500 g/L，進(jìn)入Ⅱ酸浸槽、酸洗槽的液體總體積流量分別為70 m3/h、50 m3/h，Ⅱ酸浸槽始酸可達(dá)120 g/L，較增濃前提高了20～30 g/L，酸洗始酸可達(dá)100 g/L，對增強酸浸、酸洗效果很有益處。采用旋流器是增濃的一個有效手段。

(3)提高電解系統(tǒng)酸鋅比，優(yōu)化電解操作條件，保持廢液中鋅離子55～60 g/L，H+185～195 g/L，減少中上清鋅離子通過電解廢液在大系統(tǒng)中循環(huán)，給酸浸酸度提升留有余地。

(4)目前浸出操作中各工序的流量控制為：一段底流30～35 m3/h，沉礬底流約30～40 m3/h，酸浸廢液50 m3/h，則Ⅱ酸反應(yīng)時間只有3 h，如果增加酸浸始酸，則廢液的加入量要提高到60 m3/h，將會造成酸浸反應(yīng)時間不足。

中浸底流50～60 m3/h，排放量仍然偏大。按照中浸上清率80%、開車流量200 m3/h計，則中浸底流的排放量應(yīng)為200×0.2=40 m3/h，而190 m3/h開車量底流排放量為38 m3/h，顯然只要中上清率好，按照40 m3/h底流排放量中浸濃密不會積渣，這樣可進(jìn)一步減少酸浸流量，在不減少酸浸廢液加入量的前提下，延長酸浸反應(yīng)時間，保證在3.5 h。

兩渣分離工藝運行了近一年時間，兩渣完全分離，鉛銀渣進(jìn)一步富集，含Zn4.5%～5.5%、Pb5%～8%、Fe8%～14%；鐵礬渣含Zn3.0%～5.5%、Pb1%～2.5%、Fe22%～30%。鉛銀渣含Pb 7%～8%，鐵礬渣含Pb1%～2%，分離效果顯著，各項指標(biāo)也達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

Explorative study and practice on Pb-Ag residue and jarosite residue separation during zinc calcine leaching

JIAO Xiao-bin， DUAN Xiao-wei， DUAN Hong-zhi

During pre-neutralization section of zinc hydrometallurgy, jarosite residue will be yielded ahead of time, which results in mixing of Pb-Ag residue and jarosite reside and consequentially unfavorable recovery of the two types of residue. The paper analyzes the influence of temperature and acidity on leached residue according to Pb-Ag residue and jarosite reside yield and indicator changes during production. Through technical modification, the pre-neutralization is changed to be the first tank of the jarosite process, which can reduce cation concentration and increase acidity. In this way, forming of jarosite residue ahead of time will be effectively inhibited and zinc content in two types of residue reduced.

zinc calcine； leaching； jarosite process； Pb-Ag residue； jarosite residue

焦曉斌(1987—)，男，甘肅天水人，大學(xué)本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士，冶煉助理工程師，從事工藝技術(shù)管理工作。

2015-07-24

2016-03-29

TF813

B

1672-6103(2016)03-0006-04