湿法炼锌浸出沉矾沉铁工艺探讨.pdf

2 0 1 7 年4 月第2 期 马菲菲：湿法炼锌浸出沉矾沉铁工艺探讨 1 9 湿法炼锌浸出沉矾沉铁工艺探讨 马菲菲 ( 白银有色集团股份有限公司西北铅锌冶炼厂，甘肃白银7 3 0 9 0 0 ) 摘要比较了常规黄钾铁矾法与低污染黄钾铁矾法沉铁的优缺点，针对常规黄钾铁矾法铁矾渣含 锌高以及低污染黄钾铁矾法无法处理高铁原料的问题，提出常规黄钾铁矾法与低污染黄钾铁矾法联合 沉铁新工艺。 关键词湿法炼锌；浸出；常规黄钾铁矾法；低污染黄钾铁矾法；联合沉铁 中图分类号 T F 8 1 3 文献标志码 B 文章编号1 6 7 2 6 1 0 3 ( 2 0 1 7 ) 0 2 一0 0 1 9 0 4 1 黄钾铁矾法的原理和特点 国内湿法炼锌大部分浸出采用黄钾铁矾工艺， 主要有中性浸出、高温高酸浸出、预中和、沉矾、酸洗 等工序。采取高温高酸在提高锌浸出率的同时，也 使大量铁进入溶液。沉矾的主要目的是除去溶液中 三价铁离子，条件为温度大于9 0 ，p H1 5 1 7 ， 同时溶液中必须具有一定浓度的K + 、N a + 、N H 4 + ( 工业生产一般使用硫酸钠、硫酸氢钠或碳铵较 多) ，在反应6 8 h 后，形成铁矾，达到沉铁的目的。 反应方程式如下： M e 2 S 0 4 + 3 F e 2 ( S 0 4 ) 3 + 1 2 H 2 0 叶 2 M e F e 3 ( S 0 4 ) 2 ( O H ) 6 + 6 H 2 S 0 4 ( 1 ) 由反应式( 1 ) 可知，该沉铁过程属于放酸反应， 即随着反应的进行，矿浆酸度随时都在发生变化。 因此，黄钾铁矾法有两种：常规黄钾铁矾法和低污染 黄钾铁矾法。常规黄钾铁矾法是指沉矾工序加入锌 焙砂，中和沉铁过程中不断放出的酸，来满足沉铁工 艺p H 值1 5 的条件。低污染黄钾铁矾工艺主要是 通过调整预中和焙砂的加入量，控制预中和的终酸， 以满足沉铁工艺p H 值1 5 的条件，从而实现沉矾 不加料，杜绝因沉矾加入焙砂造成铁矾渣污染严重、 不溶锌高的问题。低污染黄钾铁矾工艺是在常规黄 钾铁矾工艺基础上取消了沉矾加入含锌物料，即通 过对沉矾剂的改型，使沉矾剂在起沉矾作用的同时， 作者简介 马菲菲( 1 9 8 8 一) ，女，陕西南郑人，大学本科学历，助 理工程师，主要从事湿法冶金技术管理工作。 收稿日期 2 0 1 6 一0 3 一叭 将沉矾过程中产生的部分酸中和，从而保证沉矾过 程中酸的平衡。 常规黄钾铁矾工艺用锌焙砂中和沉铁过程中不 断释放出的酸，可处理高铁原料，但不可避免地使锌 焙砂中未溶解的锌残留在铁矾渣中，造成锌金属的 损失。低污染钾铁矾工艺由于没有加入锌焙砂，铁 矾渣含锌较低，但沉铁过程中不断释放出的酸使其 无法处理高铁原料。因此，研究低污染黄钾铁矾与 常规黄钾铁矾联合沉铁工艺具有现实意义。 2 生产实践 西北铅锌冶炼厂年产1 0 万t 电锌，采用黄钾铁 矾法的湿法炼锌工艺。近几年的生产经历了由低污 染黄钾铁矾工艺改为常规黄钾铁矾工艺，再由常规 黄钾铁矾工艺改为低污染黄钾铁矾法与常规黄钾铁 矾法联合沉铁的过程。 2 1 低污染黄钾铁矾工艺 2 1 1 存在问题 西北铅锌冶炼厂是国内第一家采用黄钾铁矾法 工艺的锌冶炼厂，受当时工艺认识及设备选型的局 限，浸出系统设备能力比较小。采用低污染黄钾铁 矾工艺，铁矾渣含锌较低，但沉矾时间不足，系统沉 铁能力不足，仅为1 0g L ，沉矾上清铁升高，导致中 浸上清率较低，严重影响了生产。为了保证沉矾后 液铁含量达标，只好使预中和过程中矾渣大量早熟。 大量铁矾渣进入预中和底流，并随其返回酸浸，与酸 浸工序铅银渣混合，两渣互混，导致铁矾渣量变小， 铅银渣量变大，有价金属无法得到有效回收。表1 万方数据 2 0 中国有色冶金 A 生产实践篇重金属 1 0 1 18 0 9 02 7 3 02 8 3 01 8 2 51 7 2 5l l 1 31 9 2 82 4 2 1 2 问题分析 造成上述问题的主要原因是低污染钾铁矾工艺 无法处理高铁原料，浸出系统沉铁能力不足，再加上 黄钾铁矾沉铁过程属于放酸反应，即随着反应的进 行，矿浆酸度随时都在发生变化，实际生产中沉铁酸 度控制不到位的情况经常出现。为了追求较好的沉 铁效率，在酸度不到位影响了沉铁效率的状况下，误 认为是N a + 、N H f 浓度不足，以至于片面增加沉铁 剂使用量，虽然取得了较理想效果，但正真的机理是 利用碳铵中和反应过程释放的酸达到沉铁的目的。 由此导致N a + 、N H - 过量，周而复始湿法系统N a + 、 N H f 不断积累。西北铅锌冶炼厂预中和酸度控制 为1 5 2 5g L ，温度在8 5 以上，完全满足矾渣早 熟的条件。I 段酸浸低酸控制在2 8 3 0g L ，虽然 不具备沉铁条件，但很接近沉铁酸度，从反应化学平 衡方面考虑，如果N a + 、N H f 浓度较高，沉铁反应有 进行的可能，预中和工序底流返回酸浸，两渣互混 严重。 2 1 3 解决方案 对目前浸出工艺控制条件进行分析，导致铁 矾早熟和两渣互混的主要原因是系统N a + 、N H f 积累，其次是预中和酸度控制过低，再者是预中和 和沉矾工序浓密机液固分离效率低，两工序上清 含固量较高，特别是预中和上清，近几年一直十分 浑浊，大量的渣被带人沉矾。以上问题的解决方 案： ( 1 ) 降低系统N a + 、N H ? 浓度，保持现有工艺技 术控制条件不变，仅在沉矾系统减少碳铵使用量，在 原基础上减少一半，即按照预中和上清铁量的0 7 2 倍加入，运行1 2 1 4d 后，I 段、预中和铁含量相差 不大，则说明系统N a + 、N H f 浓度已降至可控范围， 达到了降低N a + 、N H f 浓度的目的。 ( 2 ) 沉矾系统适量增加焙砂，调节p H 值至沉铁 酸度控制范围，即采用常规黄钾铁矾工艺。 ( 3 ) 若系统阳离子浓度降下来，将预中和底流 由一段酸浸改为进入沉矾工序，杜绝早熟的铁矾进 入酸浸工序与铅银渣互混。 2 2 常规黄钾铁矾工艺 2 2 1 存在问题 采用常规黄钾铁矾工艺，浸出两渣得到彻底分 离，铅银渣中的P b 由原来的2 富集到8 1 2 左右，F e 由原来的2 2 下降到了1 0 以下，A g 的富 集比达到了3 5 倍。但铁矾渣含锌有较大幅度上 升，达到了5 6 。浸出两渣成分见表3 。 表3 常规黄钾铁矾工艺浸出两渣成分 万方数据 2 0 1 7 年4 月第2 期马菲菲：湿法炼锌浸出沉矾沉铁工艺探讨 2 l 2 2 2 问题分析 常规黄钾铁矾工艺通过加入锌焙砂中和沉铁过 程中不断放出的酸，以达到沉矾沉铁的条件，渣中锌 的浸出主要依靠于铁矾渣酸洗工序，酸洗工序始酸 一般控制在8 0 9 0g L 。随着优质矿源的减少，锌 精矿含铁不断上升，达到了1 1 左右，铁矾渣的渣 量大幅上升，酸洗设备能力不足问题更加凸显，渣含 锌大幅上升。 2 3 低污染黄钾铁矾与常规黄钾铁矾联合沉铁 2 3 1 改进方案 为了降低浸出两渣含锌，同时实现两渣分离，克 服两种黄钾铁矾沉铁法的缺点，采用低污染黄钾铁 矾与常规黄钾铁矾联合沉铁工艺，即：在高铁矿情况 下，分两段沉铁，第一段采用常规黄钾铁矾法沉铁， 第二段采用低污染黄钾铁矾法沉铁。具体方案如 下： ( 1 ) 第一段采用常规黄钾铁矾法沉铁，加入焙 砂及碳铵，确保一段沉铁后液F e 1 0g L ，浓密底流 进入矾渣酸洗工序；第二段采用低污染黄钾铁矾法 沉铁，加入碳铵与中和剂碳酸钙，确保二段沉铁后液 F e 2g L ，所得铁矾渣为纯净铁矾渣，底流不需要 酸洗，与酸洗浓密底流混合后压滤。 ( 2 ) 酸洗工序仅处理常规黄钾铁矾产生的铁矾 渣，渣量减少，同时延长常规黄钾铁矾沉铁时间，确 保预中和上清铁控制在1 0g L 以下。因此，原预中 和槽( 1 2 0m 3 ，2 台) 改为常规黄钾铁矾产生矾渣的 酸洗槽，原酸洗槽( 1 2 0m 3 ，3 台) 改为一段沉矾槽。 ( 3 ) 碳铵的浆化液选用I 段上清，以减少系统 循环流量，沉矾品种由沉矾系统提供。 改进后的工艺流程见图1 。 焙砂、废液、锰粉 r 量 ! 兰堕叫! 堡堡兰| 1 赢 矗篮堡! 壁蔓 T II 。| I 段热酸浸出卜 常规黄钾铁矾沉铁 匦扭 照等酸三 t 废液、浓硫酸底流 上上 I I 段高温高酸浸出I I 矗裹lI 低污銎黄钾铁矾沉铁I ，：I ：一 上清压赢翮厂磊薹F 1 一上清、+T T B B 酷茸 b j i 基I 铅银渣 铁矾渣 图1 常规黄钾铁矾与低污染黄钾铁矾 联合沉铁工艺流程图 2 3 2 运行效果 采用常规黄钾铁矾与低污染黄钾铁矾联合沉铁 工艺，系统沉铁能力有了一定程度提高，基本实现了 浸出两渣的完全分离，且铁矾渣含锌有很大程度降 低。系统沉铁效果与浸出两渣指标分别见表4 、 表5 。 表4 浸出系统工艺控制参数与沉矾沉铁效果g L 分析表4 中F e 浓度数据可知，1 段酸浸工序基 本没有铁矾早熟，并完全满足系统沉铁要求。 从表中看出，通过常规黄钾铁矾与低污染黄钾 铁矾两段联合沉铁，浸出两渣已实现完全分离，铅银 渣中铅富集至9 ，铁降至1 0 以内，铅银渣中铁主 要以未裂解的铁酸锌存在，银的富集比增长3 4 倍。同时，铁矾渣含锌有了较大幅度下降，达到4 左右。 3 结论 目前，国内湿法炼锌行业沉矾工序或者采用单 一的低污染黄钾铁矾沉铁工艺，或者采用常规黄钾 铁矾沉铁工艺。常规黄钾铁矾与低污染黄钾铁矾两 段联合沉铁工艺在国内具有创新性和先进性，不仅 解决了铁矾渣含锌高的问题，同时实现了浸出两渣 完全分离。经生产实践验证，该工艺是成功的。 一直半 万方数据 2 2 中国有色冶金A 生产实践篇重金属 注：由于锌精矿A g 品位较低，故铅银渣含A g 较低。 常规黄钾铁矾与低污染黄钾铁矾两段联合沉铁 成系统钙上升，导致出现钙镁结晶等问题。中和剂 工艺虽然解决了铁矾渣含锌高问题，实现了两渣分 的选择将是下一步的研究方向。 离，但采用碳酸钙作为低污染黄钾铁矾的沉铁剂，造 D i s c u s s i o no nV a n a d i u ma n di r o np r e c i p i t a t i o np r o c e s si nz i n ch y d r o m e t a l l u r g y M AF e i f e i A b s t r a c t ：T h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc o n v e n t i o n a lj a r o s i t ep r o c e s sa n dl o w p o l l u t i o nj a r o s i t ep r o c e s sa r e c o m p a r e d A st h ez i n cc o n t e n ti nr e s i d u ei sh i g hi nc o n v e n t i o n a lj a r o s i t ep r o c e s sa n dh i g hi r o n b e a r i n gm a t e r i a l s c a n n o tb et r e a t e dw i t hl o w p o l l u t i o nj a r o s i t ep r o c e s s ，an e wp r o c e s sw i t ht h ec o m b i n a t i o no fc o n V e n t i o n a lj a r o s i t e p r o c e s sa n d1 0 w p o l l u t i o nj a r o s i t ep r o c e s si sp r o p o s e df b ri r o np r e c i p i t a