周先超，周 嫻

（1.云南永昌鉛鋅股份有限公司，云南 保山 678307）2.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

鋅是一種重要的戰(zhàn)略性有色金屬資源，在世界所有金屬產(chǎn)量中排名第四，地位僅次于鐵、鋁、銅[1-2]。礦產(chǎn)中的鋅主要以硫化礦形式存在，閃鋅礦是典型的含鋅硫化礦[3]。鋅的工業(yè)冶煉工藝主要有火法和濕法。其中，濕法煉鋅中氧壓酸浸生產(chǎn)鋅具有環(huán)保、快速、高效等特點(diǎn)，相比于火法，氧壓浸出工藝省去了焙燒過(guò)程，而且耗能低，氧壓浸出過(guò)程中硫化鋅中的硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或部分硫酸根，避免了火法工藝中產(chǎn)生二氧化硫?qū)е碌目諝馕廴綶4]。氧壓酸浸提取閃鋅礦中的鋅研究報(bào)道較多，比如凡杰，等對(duì)云南某浮選精礦進(jìn)行氧壓酸浸，最佳條件下鋅浸出率達(dá)96.63%[5-10]。林茂[11]采用加壓酸浸處理湖南某復(fù)雜鉛鋅銅礦，適宜條件下鋅浸出率可達(dá)98%。氧壓酸浸均有較好的浸出率。

近幾年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及社會(huì)需求的不多擴(kuò)大，使得鋅價(jià)不斷攀升。于此同時(shí)，高品位的鋅精礦資源逐漸消耗枯竭，低品位的鋅資源以及再生鋅資源逐漸被人們所重視[12-13]。針對(duì)低品位閃鋅礦中鋅資源的利用，本文采用氧壓浸出工藝提取云南某廠低品位硫化鋅礦中的鋅，考查始酸濃度、反應(yīng)溫度、常壓高浸液、配高品位硫化礦對(duì)鋅浸出率的影響，為鋅的生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)所用原料來(lái)自云南某礦區(qū)，主要成分如表1所示。試驗(yàn)主要原料是低品位硫化礦，主要含鋅35.31%、鐵10.63%、硫20.42%、鉛6.83%，可見(jiàn)該礦為高鐵高鈣高鎂低品位硫化鋅礦。高品位硫化礦用于考察配礦對(duì)鋅浸出率的影響情況，其中含鋅46.85%、鐵6.93%、硫27.46%、鉛6.23%。其他試劑有硫酸，工業(yè)純（＞96%）；氧氣，工業(yè)純瓶裝氧氣（＞99.5%）；木質(zhì)素磺酸鈣等。

表1 硫化礦的主要化學(xué)成分Tab.1 Main chemical composition of sulfide ore %

試驗(yàn)主要設(shè)備：FYX-2L高壓釜及控制設(shè)備、真空抽濾機(jī)、天平、pH分析儀、烘箱等。

1.2 試驗(yàn)方法及原理

試驗(yàn)在高壓釜中進(jìn)行，按照一定的液固比將低品位閃鋅礦（-0.046 9 mm，≥75%） 與硫酸溶液混合加入高壓釜中，加入表面活性劑，通入氧氣控制壓力，快速升高反應(yīng)釜中的溫度，以轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min開(kāi)啟攪拌裝置進(jìn)行氧壓浸出一定時(shí)間。浸出反應(yīng)后停止攪拌裝置，待冷卻后將礦漿取出。使用真空抽濾機(jī)對(duì)反應(yīng)漿料進(jìn)行過(guò)濾、洗滌得到浸出渣，浸出渣入烘箱干燥。

對(duì)浸出渣中的主要元素進(jìn)行多元素化學(xué)分析；采用滴定法和四氯化碳溶解法測(cè)定浸出渣中的鋅和元素硫含量，用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定浸出液中鐵的含量。氧壓酸浸過(guò)程熱力學(xué)見(jiàn)圖1所示Zn-SH2O的φ-pH圖。本試驗(yàn)的主要反應(yīng)如式（1） ～（3） 所示：

圖1 Zn-S-H2O系φ-pH圖Fig.1 φ-pH diagram of Zn-S-H2O system

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 始酸濃度對(duì)鋅浸出率的影響

控制反應(yīng)液固比為3.5∶1、添加劑用量為礦量的0.3%、反應(yīng)溫度130℃、反應(yīng)時(shí)間90 min、氧壓1.2 MPa，考查始酸濃度對(duì)鋅浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)液固比為3.5∶1時(shí)，隨著始酸濃度的升高，鋅浸出率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，浸出渣中難溶鋅的品位呈下降趨勢(shì)。當(dāng)始酸為280 g/L時(shí)，鋅浸出率達(dá)91.84%，難溶鋅最低為2.88%。在生產(chǎn)過(guò)程中，高壓反應(yīng)釜承受不了280 g/L的始酸，因此液固比3.5∶1不可行。

圖2 始酸濃度對(duì)鋅浸出率及浸出渣含鋅的影響（液固比 3.5∶1）Fig.2 Effect of initial acid concentration on zinc leaching rate and zinc content in leaching residues(liquid-to-solid ratio:3.5∶1)

調(diào)節(jié)液固比為5∶1，其他條件不變，不同始酸濃度下鋅浸出率及渣含鋅結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)初始酸度為200 g/L時(shí)能保證渣中難溶鋅含量在2.4%以下，而且鋅的浸出率在96%以上，因此結(jié)合鋅的浸出率及高壓釜的承受能力，選取液固比5∶1、始酸濃度200 g/L進(jìn)行下步試驗(yàn)研究。

圖3 始酸濃度對(duì)鋅浸出率及浸出渣含鋅的影響（液固比 5∶1）Fig.3 Effect of initial acid concentration on zinc leaching rate and zinc content in leaching residues(liquid-to-solid ratio:5∶1)

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)鋅浸出率的影響

控制始酸濃度200 g/L、液固比5∶1、添加劑用量為礦量的0.3%、反應(yīng)時(shí)間90 min、氧壓1.2 MPa。考查反應(yīng)溫度對(duì)鋅浸出過(guò)程的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)鋅浸出率及終點(diǎn)酸度的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on zinc leaching rate and end point acidity

由阿累尼烏斯方程：可知，溫度T值升高，K值增大，同時(shí)離子運(yùn)動(dòng)的加劇有利于反應(yīng)速率的提高。因此隨著溫度的增加，鋅的浸出率呈上升趨勢(shì)，但試驗(yàn)過(guò)程中溫度超過(guò)130℃后，溫度對(duì)鋅的浸出率影響較小。同時(shí)，溫度過(guò)高，在氧壓氣氛下，生成的部分元素硫會(huì)繼續(xù)被氧化生成硫酸，不僅使元素硫的產(chǎn)率下降，而且不易保證酸量平衡，易使終點(diǎn)酸度過(guò)高，給下一步的除鐵帶來(lái)困難。

從圖4可以看出，隨著溫度的增加終點(diǎn)酸度會(huì)升高，在130℃后，終點(diǎn)酸度上升趨勢(shì)增大，這表明浸出渣中的部分硫元素被氧化成了硫酸，提高了終點(diǎn)酸度。

2.3 常壓高浸液對(duì)鋅浸出率的影響

控制液固比5∶1、添加劑用量為礦量的0.3%、反應(yīng)溫度130℃、反應(yīng)時(shí)間90 min、氧壓1.2 MPa以及終點(diǎn)酸度在（20～26） g/L。所用酸液為未補(bǔ)高浸液與補(bǔ)入高浸液（按始酸含鐵量3 g/L補(bǔ)入） 的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，當(dāng)控制終酸在一定的條件下，補(bǔ)入高浸液時(shí)，始酸可由210 g/L降至200 g/L，即前液中每補(bǔ)1 g/L的Fe可降低3 g/L的H+；高浸液補(bǔ)入后，鋅浸出率由94.92%提高至97.00%，浸出渣中難溶鋅由原來(lái)的平均2.81%降至1.65%，渣中含鐵呈上升趨勢(shì)，不影響渣中S、Pb含量。高浸液對(duì)浸出液雜質(zhì)成分的影響見(jiàn)表3，從表3可見(jiàn)補(bǔ)入高浸液后，浸出液中Sb、Cu明顯升高；MgO、CaO、無(wú)明顯變化；Co、Cd、SiO2、Cl-稍微有上升趨勢(shì)，Ni、F-有下降趨勢(shì)。

表2 高浸液對(duì)浸出效果的影響Tab.2 Effect of high leaching liquid on leaching results

表3 高浸補(bǔ)入對(duì)浸出液雜質(zhì)成分的影響Tab.3 Effect of high leaching liquid addition on impurities in leaching liquid mg/L

2.4 高品位閃鋅礦對(duì)鋅浸出率的影響

控制液固比5∶1、添加劑用量為礦量的0.3%、反應(yīng)溫度130℃、反應(yīng)時(shí)間 90 min、氧壓1.2 MPa、終點(diǎn)酸度在（20～26） g/L、補(bǔ)入高浸液。對(duì)比配入高品位閃鋅礦（比例1∶1） 與不配礦時(shí)鋅浸出率、浸出渣難溶鋅的變化，結(jié)果如圖5所示。從圖5可見(jiàn)，配入高品位硫化礦后，鋅浸出率有所降低，從91.05%降低至86.77%；浸出渣中難溶鋅增加，由1.85%升高至3.31%，可見(jiàn)配礦并不利于低品位閃鋅礦的冶煉。

圖5 配礦對(duì)鋅浸出率及渣含鋅的影響Fig.5 Effect of ore blending on zinc leaching rate and zinc content in leaching residues

3 結(jié)語(yǔ)

采用氧壓酸浸技術(shù)處理云南存在的大量的復(fù)雜低品位閃鋅礦，可得到較好的技術(shù)指標(biāo)，而且終點(diǎn)酸度及浸出液中的鐵濃度仍可以控制在一個(gè)較理想的范圍內(nèi)，為下一步擴(kuò)大試驗(yàn)提供支持。通過(guò)試驗(yàn)得到結(jié)論如下：

1）通過(guò)試驗(yàn)得到的低品位閃鋅礦氧壓酸浸的較優(yōu)工藝條件為：液固比5∶1、添加劑用量為礦量的0.3%、反應(yīng)溫度130℃、反應(yīng)時(shí)間90 min、氧壓1.2 MPa、轉(zhuǎn)速500 r/min、粒度-0.0469 mm（≥75%）、前液配入常壓高浸液使含F(xiàn)e量達(dá)到（2～3） g/L。在此條件下，鋅浸出率96.5%，終點(diǎn)酸度（20.0～26.0） g/L，鐵濃度在6 g/L以下，渣含鋅在1.7%以下，在該條件下得到的浸出渣過(guò)濾性能良好；

2）補(bǔ)入常壓高浸液能夠加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更加完全，達(dá)到降低渣含鋅，提高浸出率的目的。同時(shí)補(bǔ)入常壓高浸液后導(dǎo)致Sb及其他雜質(zhì)濃度升高，為后段除雜工序帶來(lái)一定困難；

3）試驗(yàn)表明，配入高品位閃鋅礦不能達(dá)到降低渣含鋅提高浸出率的目的。