湿法炼锌中锌铁分离方法与运用探讨

滕年高

中金岭南丹霞冶炼厂 广东 韶关 512300

一、前言

随着资源的不断开发利用,高铁复合锌精矿已成为锌冶炼的主要原料。杂质的分离,特别是铁的分离存在许多问题。目前,85%以上的锌冶炼厂采用湿法冶炼工艺。该工艺主要包括常规渣浸挥发法、热酸浸出法、热酸浸出法、氧针铁矿压力浸出法、还原浸出法、赤铁矿浸出法等。

二、常规浸出—渣挥发法

常规湿法炼锌工艺是指将锌精矿流态化焙烧脱硫而得到的焙烧锌矿。对于含铁量高的物料,铁几乎在中性浸出和弱酸性浸出中浸出,并以铁酸锌的形式残留在浸出渣中。浸出渣的挥发过程实际上就是锌、铁的分离过程,锌以氧化锌烟的形式富集回收,铁则以氧化铁的形式保留在渣中[1]。

渣挥发法的主要优点如下：1)工艺相对成熟,工艺短,操作简单,原材料可以稳定获取,对原料的适应性强；2)锌与铁完全分离,渣中锌含量低。

渣挥发法的主要缺点是：1)综合能耗高,运行成本高；2)渣含铁量低,不能直接用于炼钢厂,需进行二次处理；3)铟、银、铜等贵金属回收率低；4)作业环境不理想,废渣难以归类为无害渣,环保堆放风险高。

三、热酸浸出法

热浸出工艺的实质是将传统的浸渣(即弱酸浸渣)用高温高酸浸出,溶解铁氧体、锌等化合物,极大地提高了金属回收率。锌、铁、铜、铟进入溶液,铅、银、锡等金属富集在渣中。如果原料是高铁锌精矿,溶液中的铁含量很高,大部分为三价铁。若采用传统中和水除铁,会形成大量的氢氧化铁,无法浓缩过滤。目前,从高铁溶液中析出铁的有效方法主要有黄铁矿法和赤铁矿法。

常压下,温度90-95℃,p H 1.0-1.5,时间3-5h,加入碱金属离子或铵离子,铁离子可在热酸浸液中析出三价铁离子。该化合物的化学组成和结构与天然黄铁矿和黄铁矿相似[2]。它是一种菱形晶体,易于沉淀和过滤。这种除铁方法叫做黄铁矿法。

由于黄铁矿晶体形成缓慢,为了缩短黄铁矿的诱导期,大大缩短黄铁矿的沉淀时间,提高铁的去除率,生产中通常会有部分黄铁矿渣以晶芽的形式返出。采用黄铁矿法除铁。铁含量为90% ～95%,剩余的1～2g铁在中性浸出过程中通过中和水解去除。为了使铁矿石悬浮液的p H值保持在1.0～1.5之间,并使反应继续进行,必须加入中和剂,中和铁沉淀过程中水解产生的酸。生产中通常添加焙烧矿,但焙烧矿的p H值为1.0。在～1.5条件下,焙烧矿石中贵金属的浸出率较低,铁酸渣中的锌含量为4% ～6%。有必要进一步回收锌等贵金属。

为了减少硫酸渣中锌、铅、银、铜、铟等贵金属的损失,改善硫酸渣的环境污染,开发了这个方法。也就是说,在黄钾铁矾沉淀前要调整溶液组成,在沉淀过程中不添加中和剂也能达到理想的除铁效果,减少污染的产生。这可以通过在低温下预中和或使用上清液作为稀释剂来实现[3]。

黄铁矿工艺的主要优点是：1)工艺成熟可靠,工艺简单,操作控制方便,投资相对较小；2)黄钾铁矾渣能去除部分硫酸盐自由基,有利于维持酸性自由基的平衡；3)结果表明：黄钾铁矾渣中正离子含量较少,碱试剂用量较少；4)黄铁矿法释酸量较少,p H控制较低,中和剂用量较少。

黄铁矿法的主要缺点是：1)渣量大,渣中含铁量为25%-30%,使用不便,渣贮存性能差,不利于环保。

四、热酸浸出/氧压浸出—针铁矿法

针铁矿沉淀法是用还原剂还原二价溶液中的铁离子,用热酸或氧压浸出,然后在p H值3.0～4.5、温度85～90℃、时间3～5h下还原。它在空气中被缓慢氧化,加入结晶后沉淀。20世纪70年代,澳大利亚电锌公司开发了一种以针铁矿为基础的新方法。反应体系中的铁离子浓度始终小于1G/L,不断加入中和剂以保持溶液体系的稳定性。溶液p H值为3.0-4.5,使Fe3+沉淀成针铁矿。

针铁矿法的主要优点如下：1)针铁矿具有良好的沉淀和结晶条件,易沉淀和过滤；2)与黄铁矿法相比,不需要碱性试剂,渣含量相对较小,渣中铁含量相对较高。同时,铁能有效吸附和去除溶液中的砷、锑、氟、氯等有害杂质元素,氟的去除率达60%以上,有利于电解的稳定运行[4]。

针铁矿工艺的主要缺点如下：1)需增加还原工艺,蒸汽消耗高,生产成本高；还原渣锌、硫含量高,需回焙烧炉处理；2)还原工艺需要改进,蒸汽消耗高,生产成本高；2)在铁沉淀过程中加入分解炉作为中和剂。结果表明：针铁矿渣锌含量高,需要二次挥发处理,工艺流程长；(3)铁沉淀过程中p H难以严格控制；(4)铁含量大于10%的锌精矿不宜处理。原材料的适应性较差。

五、还原浸出—赤铁矿法

还原浸出法是目前比较好用的一个方法,最早是日本某家公司发明的,后来这项工艺逐渐发扬起来。

赤铁矿法的主要优点是：1)可作为炼铁原料销售,不需储存,实现铁渣的安全、还原和资源化利用；2)锌及伴生贵金属回收率高；3)赤铁矿有较好的沉淀结晶形态,具有粒度较粗、液固分离性能好等优点；4)运行成本低,经济效益明显；5)原材料适应性强,可采用不同铁牌号的锌资源进行加工。

赤铁矿法的主要缺点是：1)高压釜设备材料特殊,建设投资大,维护成本高,蒸汽消耗大；2)高温高压,强氧化气氛和复杂的工作条件。

六、结束语

渣挥发法、黄铁矿法和针铁矿法均能取得较好的锌、铁分离效果,但都存在回收率低、能耗高、无法利用铁渣资源的问题。低碳经济和绿色环保的高标准要求锌冶炼渣的减量、安全性和资源化利用。赤铁矿法不仅达到了锌铁分离的目的,而且实现了锌精矿铁资源的利用,解决了铁渣的储存问题,符合国家生态文明建设的发展理念。此外,在贵金属回收率、经济效益和社会效益、市场竞争力等方面具有明显优势。随着优质锌资源的逐步消耗,预计赤铁矿铸铁技术将逐步应用于工业,闪锌矿加工的技术、环境和经济效益将逐步显现。