張文琴

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810000）

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝是在20世紀70年代，由挪威諾爾斯克鋅公司、澳大利亞電鋅公司和西班牙的亞斯士里安鋅公司，在同一個時期各自進行詳細研究，總結(jié)出來的新型煉鋅工藝，并取得專利權(quán)。1968年挪威諾爾斯克鋅公司埃特海姆電鋅廠改革了傳統(tǒng)的濕法煉鋅流程，首先采用黃鉀鐵礬法煉鋅工藝，減少了鐵對鋅浸出率的影響和鐵對溶液凈化的影響。此法應用于濕法煉鋅后，鋅的回收率提高到96%～98%，并使浸出過程產(chǎn)出可棄去的廢渣，免去了傳統(tǒng)濕法流程再處理此類殘渣的麻煩。繼上述三家公司后，加拿大、荷蘭、比利時、聯(lián)邦德國和墨西哥及美國等國家也開始了工業(yè)應用。我國的黃鉀鐵礬法煉鋅工藝在20世紀80年代首先應用于廣西柳州市有色金屬冶煉總廠。

1 黃鉀鐵礬法煉鋅工藝的特點

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝實質(zhì)是通過高溫高酸浸出，把鋅焙砂中的鐵酸鋅分解，提高鋅的浸出率，可使鋅的浸出率大于98%，鐵的浸出率達到70%～90%，浸出液中鐵的含量達到30 g/L左右。然后加入鈉、鉀或氨的化合物，使弱酸性的溶液中的鐵呈三價鐵化合物沉淀。這種黃鉀鐵礬沉淀物的沉降、過濾和洗滌等性質(zhì)均比氫氧化鐵沉淀物的好，且?guī)ё叩匿\量也較少。

黃鉀鐵礬是一種復合物，其結(jié)構(gòu)與天然的草黃鉀鐵礬和黃鉀鐵礦相同，可用AFe3（SO4）2（OH）6分子式表示，式中A可以是Na＋、K＋、Rb＋、NH4＋或Ag＋。

黃鉀鐵礬沉淀反應可以用下列典型方程式代表：

黃鉀鐵礬法煉鋅工藝的浸出工藝流程通常包括五個過程，即中性浸出、高溫高酸浸出、預中和、沉礬和鐵礬渣酸洗。其主要特點為：黃鉀鐵礬渣能帶走少量硫酸根，有利于濕法煉鋅過程中酸的平衡；黃鉀鐵礬渣是由黃鉀鐵礬晶形固體顆粒組成，有利于沉降、過濾和洗滌；黃鉀鐵礬化合物僅含有少量的Na＋、K＋、NH4＋等，沉礬劑消耗量少；黃鉀鐵礬沉淀反應析出的酸量少，pH值控制在1～1.5，中和劑用量少，且得到有效利用；但鐵礬渣渣量大，不便于利用，且渣的堆存性能不好，不利于環(huán)境保護。

西部礦業(yè)股份有限公司下屬鋅業(yè)分公司，位于青海省西寧經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)甘河工業(yè)園區(qū)內(nèi)，平均海拔高度2 570 m，極端最低溫度-31.7℃。由于高海拔地區(qū)特殊的地理環(huán)境和條件，及黃鉀鐵礬法煉鋅工藝對二段高溫高酸浸出及沉礬的溫度要求嚴格，浸出溫度及沉礬溫度是否能達到要求，浸出率及回收率是否能達到同行業(yè)的指標，需要通過相關(guān)的試驗進行驗證。為此，2010年6月，中國恩菲技術(shù)工程有限公司技術(shù)人員與我公司技術(shù)人員在鋅業(yè)分公司生產(chǎn)現(xiàn)場對黃鉀鐵礬法煉鋅工藝進行了試驗驗證。試驗分小型試驗和工業(yè)試驗兩個階段。

2 小型試驗

小型試驗的主要目的是驗證沉礬前液是否能達到沉礬要求的溫度及高溫高酸浸出的技術(shù)指標，為工業(yè)試驗提供參考數(shù)據(jù)。

2.1 沉礬前液溫度測定試驗

配制沉礬前液：Zn 133 g/L，F(xiàn)e 19 g/L，硫酸30g/L。加熱至溶液沸騰（30 min溫度不變），記錄溶液沸騰溫度為94～95℃。

根據(jù)成熟的工業(yè)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，在此溫度下能保證沉礬除鐵的各項指標，此試驗參數(shù)可以作為工業(yè)試驗的參考數(shù)據(jù)，無需進行沉礬小型試驗和工業(yè)試驗。

2.2 浸出試驗

2.2.1 中性浸出

在3 L燒杯中加入575 mL廢電解液，補水至2 L，加熱升溫至60℃，加入焙砂及10 g二氧化錳，計時開始。反應2 h后停止試驗，真空抽濾，量出溶液體積，取樣分析，濾渣為酸浸原料。

試驗條件：時間2 h，溫度60 ℃，液固比8∶1，始酸40 g/L左右，終酸pH=5.0。

試驗結(jié)果：中浸濾液體積為2 265 mL（溶液顏色為白色)。溶液分析結(jié)果：Zn 41.23g/L，F(xiàn)e 0.0026g/L，終點pH=5.0（pH試紙）。

2.2.2 高溫高酸浸出

在3 L燒杯中加入1 L廢液，加入30 mL濃硫酸，補廢電解液體至1 800 mL，升溫加熱至94℃時加入中浸渣，計時開始，攪拌反應4 h，其間，補廢液量1 660 mL。反應完成后真空抽濾，量出溶液體積并取溶液樣分析，浸出渣烘干后取樣分析。

試驗條件：時間4 h，溫度94℃，始酸180 g/L左右，終酸50 g/L左右。試驗結(jié)果：酸浸濾液體積為2 190 mL（淡黃色），抽濾時間45 min。溶液分析結(jié)果：Zn 77.18 g/L，F(xiàn)e 12.74 g/L，In 0.0066 g/L，硫酸酸度61.5 g/L。酸浸濕渣量：97.2 g（含三張濕濾紙），干渣量：41.82g。酸浸渣(未水洗)分析結(jié)果：Zn 12.33%（分析未屏蔽Pb），F(xiàn)e 19.16%，水溶鋅1.44%。

在相同的實驗條件下，各進行了兩次中性浸出和高溫高酸浸出小型試驗，其鋅總浸出率為95%～97%，渣率為16%～18%。此試驗參數(shù)可以作為工業(yè)試驗的參考數(shù)據(jù)。

3 工業(yè)試驗

工業(yè)試驗是在西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司生產(chǎn)現(xiàn)場進行的。利用鋅業(yè)分公司生產(chǎn)的中性浸出底流，進行了四次高溫高酸浸出試驗，并對所產(chǎn)的高浸濾液集中進行預中和及沉礬處理。工業(yè)試驗的主要目的是測定工業(yè)生產(chǎn)條件下的沉礬溶液沸點以及高溫高酸浸出的浸出率。

3.1 高溫高酸浸出試驗

在工業(yè)槽中分別加入32 m3的廢液和25 m3的中浸底流，通蒸汽升溫至85℃左右，再加入濃硫酸3 m3，反應過程中不再補酸，控制溫度在≥92℃，攪拌反應4 h。

試驗條件：時間4 h,溫度≥92℃，始酸160～180 g/L，終酸50 g/L左右。

通過在相同試驗條件下的四次高溫高酸浸出試驗，高浸濾液平均成分：Zn 142.21 g/L，F(xiàn)e 39.28 g/L，硫酸52.40 g/L。高浸渣平均成分：Zn 8.37%，F(xiàn)e 13.72%，Zn酸1.11%，Zn水4.10%（未水洗）。

通過對高浸渣的計量，計算總浸出渣率為18%～22%，Zn總浸出率為98%左右。

3.2 預中和試驗

在工業(yè)槽中加入高溫高酸浸出壓濾后液，取樣分析始酸，攪拌升溫，控制溫度在60℃左右，根據(jù)始酸加入氧化鋅中和至終點酸度10～20g/L，進行壓濾，濾液待用。

試驗條件：時間2 h，溫度60℃左右，始酸50 g/L左右，終酸10～20 g/L。

試驗結(jié)果：預中和前液成分：Zn 141.03g/L，F(xiàn)e 34.02g/L，硫酸47.35 g/L。預中和后液成分：Zn161.8 g/L，F(xiàn)e總31.74 g/L，F(xiàn)e3+31.23 g/L，F(xiàn)e2+0.51 g/L，硫酸19.41 g/L。

3.3 沉礬試驗

在工業(yè)槽中加入預中和壓濾后液，取樣分析始酸、鐵、鋅濃度，通蒸汽攪拌升溫，直至所測溫度不再變化為止，記錄最終溶液溫度。

沉礬試驗溫度：最終溶液溫度為93℃。測定完溫度后，加入硫酸鈉和錳粉，攪拌半小時加入氧化鋅中和至pH=3.5左右，取樣分析溶液含鐵3.61 g/L，加石灰中和至pH=4.5～5.0。三次取樣分析濾液含鐵分別為：0.0058 g/L，0.0080 g/L，0.03 g/L。

4 結(jié)語

青海西寧甘河工業(yè)園高海拔地區(qū)能達到沉礬所需的作業(yè)溫度，并能確保除鐵的各項技術(shù)經(jīng)濟指標；高溫高酸浸出渣率18%～22%，Zn總浸出率為98%左右，達到了國內(nèi)類似鋅冶煉企業(yè)生產(chǎn)指標。因此，在高海拔地區(qū)采用黃鉀鐵礬法煉鋅工藝是可行的。

[1] 張樂如.鉛鋅冶煉新技術(shù)[M].長沙，2006.