肖 純,盧長(zhǎng)海,呂良勇,彭偉校

(貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng) 550059)

氧化鋅礦堿法浸出試驗(yàn)研究

肖 純,盧長(zhǎng)海,呂良勇,彭偉校

(貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng) 550059)

研究了貴州某地氧化鋅礦的堿法浸出,考察了攪拌速度、礦石粒度、浸出溫度、總氨濃度、浸出時(shí)間、液固體積質(zhì)量比等因素對(duì)鋅浸出率的影響。結(jié)果表明:用NH4Cl-NH3-H2O體系,在攪拌速度300 r/min,礦樣粒度200目以下占 92%以上、浸出溫度70℃、NH3與 NH4Cl濃度比1∶1、總氨濃度7.0 mol/L、浸出時(shí)間90 min、液固體積質(zhì)量比15∶1條件下,鋅浸出率達(dá)93%。

氧化鋅礦;堿法浸出;鋅

隨著社會(huì)的快速發(fā)展,鋅的需求量不斷增大,而國(guó)內(nèi)外鋅礦資源日趨緊張,高品位硫化鋅礦資源日益枯竭,因此,開(kāi)發(fā)處理品位較低的硫化鋅礦、氧化鋅礦和復(fù)雜混合鋅渣料等二次資源已成必然[1-2]。對(duì)于高品位氧化鋅礦,國(guó)內(nèi)外大都采用酸法浸出[3-4],而對(duì)于低品位氧化鋅礦,由于其中含有較多的堿性脈石成分(CaO、MgO等),浸出時(shí)酸耗大,設(shè)備易腐蝕,同時(shí)Si、Fe等雜質(zhì)元素易于浸出,在中和工序極易形成膠體,影響浸出液的過(guò)濾及后序工藝。

氧化鋅礦是鋅礦中的次生礦,主要礦石成分為菱鋅礦(ZnCO3)、硅酸鋅礦(Zn2SiO4)、異極礦(Zn4(Si2O7)(OH)2·H2O),礦石中含有大量的硅、鐵、鈣、鎂、鉛、鎘、銅等雜質(zhì)。氧化鋅礦的礦相復(fù)雜,不易選別,浮選藥劑的選擇、礦物表面的改性等都比較困難[5],直接冶煉時(shí)成本高,鋅回收率低。用堿法浸出氧化鋅礦的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備不易腐蝕,固液分離方便,浸出液易凈化,原料適應(yīng)性廣,工藝流程短,產(chǎn)品品種多,成本低,操作簡(jiǎn)單,環(huán)境污染小,部分原材料可循環(huán)使用,是目前研究較多也是比較有前景的氧化鋅礦處理方法。

針對(duì)貴州某地氧化鋅礦,根據(jù)前人的銨鹽浸出氧化鋅礦動(dòng)力學(xué)研究[6],Zn-NH3-NH4Cl-H2O體系生產(chǎn)金屬鋅[7],堿浸電解生產(chǎn)金屬鋅粉[8]等研究結(jié)果,采用NH3-N H4Cl-H2O體系研究了氧化鋅礦的堿法浸出,確定了影響鋅浸出率的主要因素。

1 堿法浸出原理

堿法浸出氧化鋅礦主要發(fā)生如下反應(yīng):

常溫下,由于氯化鋅與氨分子反應(yīng)生成氯銨鋅絡(luò)合物沉淀,使鋅在氯化銨溶液中的溶解度很低,但隨著溫度的升高,鋅溶解度急劇增大,利用這個(gè)原理可浸出氧化鋅礦中的鋅。礦石中的雜質(zhì)元素 Cu、Cd、Pb、As等也有類似反應(yīng),進(jìn)入液相體系,但由于其含量較低,用鋅粉置換即可完全凈化;對(duì)于含量較多的Fe、Si等雜質(zhì),因很難被浸出而留在固相渣中。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)礦樣

試驗(yàn)礦樣取自貴州某氧化鋅礦,其組成為菱鐵礦、異極礦、水鋅礦、黃鐵礦、黏土及脈石等,主要礦石成分為菱鐵礦、異極礦。

將礦樣破碎、烘干,磨細(xì)至 200目以下占92%以上,用干燥箱在110℃下烘烤3 h,冷卻后,在空氣中放置0.5 h,用于浸出。

2.2 試驗(yàn)方法

取一定質(zhì)量處理后的礦樣于燒杯中,加適量水潤(rùn)濕;取一定質(zhì)量氯化銨于另一燒杯中,加入氨水,再加水溶解。將氯化銨+氨水溶液,按一定液固體積質(zhì)量比倒入裝有礦樣的燒杯中,調(diào)節(jié)水浴溫度和攪拌速度,在恒溫、機(jī)械攪拌條件下浸出一定時(shí)間。浸出結(jié)束后,過(guò)濾,洗滌濾渣,分析濾液和濾渣中鋅的含量。

浸出過(guò)程中控制p H值,堿度不宜太高,總氨濃度7.0 mol/L,溶液體積1 500 mL,礦樣質(zhì)量100 g,礦樣粒度200目以下占92%以上。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在 1 000 mL三角燒瓶中進(jìn)行,用H K2A型帶機(jī)械攪拌裝置的超級(jí)恒溫水浴鍋(Δt=±0.1 ℃)加熱。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 攪拌速度對(duì)鋅浸出率的影響

控制其他條件不變,調(diào)節(jié)攪拌速度,考察攪拌速度對(duì)鋅浸出率的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 攪拌速度對(duì)鋅浸出率的影響

由圖1看出:攪拌速度在 100～200 r/min時(shí),鋅浸出率隨攪拌速度提高而升高;攪拌速度超過(guò)200 r/min以后,鋅浸出率只有微幅升高。綜合考慮,確定攪拌速度以300 r/min為宜。

3.2 浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,液固體積質(zhì)量比15∶1,浸出時(shí)間90 min,其他條件不變,溫度對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 進(jìn)出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

圖2表明:溫度對(duì)鋅浸出率影響較為明顯;隨浸出溫度升高,鋅浸出率增大;當(dāng)溫度高于60℃后,浸出率增大幅度明顯放緩。溫度高于70℃,浸出過(guò)程中氨的揮發(fā)加劇,因此,浸出溫度以70℃左右較為適宜。

3.3 總氨濃度對(duì)鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,液固體積質(zhì)量比15∶1,浸出90 min,總氨濃度對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 總氨濃度對(duì)鋅浸出率的影響

圖3表明:鋅浸出率隨總氨濃度升高而增大,當(dāng)總氨濃度大于6 mol/L后對(duì)鋅浸出率影響較小?？偘睗舛忍?在冷卻時(shí)極易有NH4Cl晶體析出,因此,總氨濃度以7.0 mol/L為宜。

3.4 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,液固體積質(zhì)量比15∶1。浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

圖4表明:隨浸出時(shí)間延長(zhǎng),鋅浸出率相應(yīng)升高,浸出90 min以后,鋅浸出率變化不明顯。最佳浸出時(shí)間確定為90 min。

3.5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響

攪拌速度300 r/min,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出90 min,液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鋅浸出率的影響

圖5表明:鋅浸出率隨液固體積質(zhì)量比的增加而增大,液固體積質(zhì)量比達(dá)15∶1后,繼續(xù)增大對(duì)浸出率的影響極小。同時(shí),若液固體積質(zhì)量比太大,則試劑浪費(fèi)加大,溶液后處理難度加大,故以15∶1較為適宜。

3.6 綜合條件試驗(yàn)

根據(jù)上述條件試驗(yàn)結(jié)果,選擇最佳浸出條件進(jìn)行綜合試驗(yàn):礦樣粒度200目以下占92%以上,攪拌速度300 r/min,浸出溫度70 ℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出時(shí)間90 min,液固體積質(zhì)量比15∶1,礦樣質(zhì)量10 g。浸出結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 浸出液中各元素及質(zhì)量濃度 g/L

從表1看出,浸出液中含有少量雜質(zhì)元素,用鋅粉置換后可得到p H=7.0左右、較為純凈的浸出液。礦石中大量Fe、Si等有害雜質(zhì)留在浸出渣中,少量Cu和Cd等有價(jià)金屬可以綜合回收。

4 結(jié)論

研究了低品位氧化鋅礦的堿法浸出,確定了最佳浸出條件:浸出體系NH3-NH4Cl-H2O,攪拌速度300 r/min,礦樣粒度200目以下占92%以上,浸出溫度70℃,總氨濃度7.0 mol/L,浸出時(shí)間90 min,液固體積質(zhì)量比15∶1。最佳條件下,鋅浸出率可達(dá)到92.3%。浸出過(guò)程中,大量脈石成分如Fe、Si保留于渣中,浸出液凈化后可直接電解鋅,特別是生產(chǎn)高附加值的金屬鋅粉。浸出液凈化同時(shí),銅、鎘等重金屬離子被回收,有利于礦產(chǎn)資源的綜合利用,同時(shí)也為環(huán)境友好創(chuàng)造了條件。

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Abstract:Alkaline leaching of zinc oxide ore from Guizhou Province has been studied.Effection of some factors,such as stirring rate,ore particle size,temperature,total ammonia-ammonium concentration,leaching time and ratio of liquid to solid,on leaching of zinc are examined.The results show that leaching of zinc is about 93%in N H4Cl-NH3-H2O leaching system under the conditions of stirring rate of 300 r/min,ratio of liquid to solid of 15∶1,average ore particle size of 0.074 mm,reacting temperature of 70℃,total ammonia-ammonium concentration of 7.0 mol/L and reacting time of 90 min.

Key words:zinc oxide;alkaline leaching;zinc

Alkaline Leaching of Zinc From Oxide Ore

XIAO Chun,LU Chang-hai,LüLiang-yong,PENG Wei-xiao
(School of Materials and Civil Engineering,Guizhou Normal University,Guiyang,Guizhou 550059,China)

TF803.2

A

1009-2617(2010)02-0092-04

2010-01-18

貴州師范大學(xué)學(xué)生科研重點(diǎn)項(xiàng)目2009(38)。

肖純(1967-),女,貴州遵義人,大學(xué)本科,教授,主要從事冶金工藝的教學(xué)與研究工作。