閃鋅礦氧化氨浸行為研究

1、doi： 10.3969/j.issn. 1007-7545.2018.09.002閃鋅礦氧化氨浸行為研究黃雅玲，尹周瀾，丁治英，劉春霞(中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙410083) 摘要：在nh3-(nh4)2so4體系屮，采用氧化氨浸出工藝研究了不同氧化劑(nsgog和bach)對(duì)閃鋅礦氧化氨 浸行為的影響。結(jié)果表明，在11() °c、常壓、總氨濃度4mol/ls nh3/rnh4+=5/3轉(zhuǎn)速500r/min液固比25、 粒度0.063 mm、浸出時(shí)間4 h的條件下，以na2s2o8和bao?為氧化劑時(shí)，鋅浸出率分別為28.4%和82%。 關(guān)鍵詞：閃鋅礦；氧化氨浸;nh3-(nh4

2、)2so4體系；na2s2o8； bao2中圖分類號(hào)：tf813 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a文章編號(hào)：1007-7545 (2018) 09-0000-00behavior of sphalerite in oxidative ammonia leaching processhuang ya-ling, yin zhou-ian, ding zhi-ying, liu chun-xia(college of chemistry and chemical engineering, central south university, changsha 410083, china) abstract： in n

3、h3(nh4)2sc)4 system, effect of oxidants (nazszog and bac)2)on leaching behavior of sphalerite was studied by ammonia oxidation leaching process. the results show that zinc leaching rate is 28.4% and 82% respectively with nagsgog and bac)2 as oxidant under the conditions including temperature of 110

4、°c, total nh3concentration of 4.00 mol/l, nh3/nh4i=5/3, agitation speed of 500 r/min, l/s of 25, particle size of 0.063 mm, and leaching time of 4h.key words： sphalerite; oxidative ammonia leaching; nh3(nh4)2sc)4 system; nazszog； bao?在閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程中，氧化劑的添加可以有效促進(jìn)閃鋅礦的溶解，從而提高鋅的浸出率。在高溫高壓 下，氧氣氧化氨浸出工藝在處理

5、硫化礦屮已經(jīng)取得了一定的成功卩叫。近幾年，閃鋅礦在常壓條件下的浸出行為 受到廣泛關(guān)注，氧化劑的選擇在此過(guò)程中起關(guān)鍵作用。過(guò)氧化物、次氯鹽、過(guò)硫酸鹽、fe利作為氧化劑，在硫 化礦物氧化浸出過(guò)程的應(yīng)用已有一定的研究。劉春俠等采用過(guò)硫酸鈉為氧化劑，從鉆銀渣屮回收鉆，在最佳 試驗(yàn)條件下，得到鉆質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.04%的富鉆渣(原鉆渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.41%)。趙玲玲等考察了不同氧化劑對(duì) 鼠化法浸出金、銀的影響，研究表明，bao2比英他氧化劑更能促進(jìn)金和銀的溶解。廖元雙等研究出02為氧化 劑對(duì)黃鐵礦氧化浸出金的影響，浸出12h,金浸出率達(dá)94%o gokha等岡采用氯酸鈉為氧化劑，在鹽酸溶液屮 從閃鋅礦精礦屮

6、提取鋅，結(jié)果表明，鋅的溶解可以通過(guò)具有表面化學(xué)反應(yīng)的收縮核模型來(lái)表示，溶解反應(yīng)的活 化能為41kj/molo aydogan等冏研究閃鋅礦精礦在fechcl體系屮的浸出行為，結(jié)果表明，化學(xué)反應(yīng)為速 控步驟。本文選擇bao2. na2s2o8j氧化劑，在ntmnhscu體系屮研究氧化劑對(duì)閃鋅礦氧化氨浸行為的彫響。1試驗(yàn)1.1試驗(yàn)原料zns精礦購(gòu)于湖南某公司，將zns精礦研磨成不同尺寸顆粒(0.037-0.172 mm)。采用x射線熒光光譜(xrf) 和化學(xué)分析方法對(duì)zns精礦的化學(xué)成分和礦物成分進(jìn)行分析，zns精礦的xrf分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)： zn 43.23、s21.59、fe 6.78

7、、pb 15.08、07.58、mg0.12、al 0.71、si 1.04、k0.16、ca3.30、cd 0.40 o 鋅的物相 分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)：硫酸鋅0.02.氧化鋅0.19、閃鋅礦33.2()、鋅鐵尖晶石9.0()、其他0.82。1.2試驗(yàn)方法釆用gsh-2l高壓反應(yīng)釜為反應(yīng)器，試驗(yàn)條件：溫度110 °c、常壓、總氨濃度4 mol/l、nhmnhj二5/3、 轉(zhuǎn)速500r/min液固比25、粒度0.063 mm、浸出時(shí)間4h。在一定的時(shí)i'可i'可隔內(nèi)，取出適量的浸出漿樣品，離 心分離得澄清的浸出液。采用edta絡(luò)合滴定法分析浸出液(2.00 ml)

8、中的鋅含量。同吋將浸出渣清洗，烘干進(jìn) 行xrd分析。收稿日期：2018-04-29基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2014cb643401)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (51404299)作者簡(jiǎn)介：黃雅玲(1988-),女，廣西北海人，碩士研究生；通信作者：丁治英(1980-),女，四川資陽(yáng)人， 副教授.2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 na2s2os對(duì)鋅浸出率的影響從圖1可以看出，未添加任何氧化劑時(shí)，鋅的浸出率非常低，不到5%。當(dāng)na2s2o8的質(zhì)量增加到90g,浸 出4h后，鋅的浸出率從16.8%增大到28%。再增加na2s2o8質(zhì)量，鋅的浸出率增加不大，na2s2o8質(zhì)量

9、為120g 浸出4 h后，鋅的浸出率為28.4%o由試驗(yàn)結(jié)果可知，在常壓條件下，nazszog作氧化劑對(duì)促進(jìn)閃鋅礦氧化氨浸 的效果不太理想，鋅的浸出率比較低。因此，不適合用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸。這是因?yàn)?，在常?條件下，na2s2o8作為氧化劑參與閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程時(shí)，na2s2o8對(duì)閃鋅礦的氧化速度不夠快，使得部分s2o82- 在nh4+-(nh4)2so4體系中快速分解生成02,而且只有部分02溶于溶液參與氨浸過(guò)程。也可能與浸出體系的性 質(zhì)有關(guān)。na2s2o8較少用于氨浸行為研究，na2s2o8在堿性條件下的氧化機(jī)理，尤其是在氨溶液條件下的氧化機(jī) 理還處在推理階段，需要用試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證。

10、肖紅霞等在氨水體系中，使用n“2s20s為氧化劑氧化浸出硫化 碑渣中的銅,在總氨濃度4 mol/l> 35 °c、c(nh3)/c(nh4+)=l/7.液固比6： 1、浸出時(shí)間3 h的條件下,銅浸出 率為70.74%o babu等在硫酸介質(zhì)中，研究過(guò)硫酸鹽作氧化劑直接浸出鋅，優(yōu)化試驗(yàn)條件后，鋅的浸出率可 達(dá)95%o deniz等血】用過(guò)硫酸鞍浸出黃銅礦精礦，過(guò)硫酸鍍分解形成的酸性介質(zhì)和高的氧壓直接浸出黃銅礦， 優(yōu)化條件使銅的浸出率最大化和鐵的浸出率最小化，銅和鐵的浸出率分別為57.04%和14.7%。從這些研究結(jié)果 可知，過(guò)硫酸鹽在酸性浸出體系中可以很好地浸出有價(jià)金屬，在堿性體

11、系和單獨(dú)用過(guò)硫酸鹽浸出的條件下，有 價(jià)金屬的浸出率不高。過(guò)硫酸鹽在堿性條件下不穩(wěn)定，其氧化機(jī)制需要進(jìn)一步探討。%、u.2ogxu 0.eztime/min圖1 na2s2o8鋅浸出率的影響fig.l effect of naiszog on zn extraction2.2 bao2對(duì)鋅浸出率的影響由圖2可以看出，當(dāng)浸出體系中無(wú)氧化劑存在時(shí)，鋅的浸出率較低，浸出4 h后鋅的浸出率僅為4.3%。隨 bach質(zhì)量的增加，鋅的浸出率增大。當(dāng)bao2質(zhì)量從10g增大到120 g,浸出4 h后，鋅的浸出率從15%增大到 80%,此后再增大bach的質(zhì)量，鋅的浸出率增加不大。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅的浸出率增大

12、，且增大的速率相對(duì) 穩(wěn)定，證明bao?放出氧氣的過(guò)程緩慢穩(wěn)定。同時(shí)使用ch和bao?作氧化劑時(shí)，與單一添加bao?作氧化劑時(shí) 鋅的浸出率相差不大，說(shuō)明與氧氣在浸岀體系中的擴(kuò)散有關(guān)。隨著bm)2質(zhì)量的增加，未反應(yīng)的bach在體系中 增多，使氧氣的擴(kuò)散阻力增大，此時(shí)增大氧氣的壓強(qiáng)并不能明顯提高鋅的浸出率。劉春霞問(wèn)等在nh3(nh2scu 體系中，采用氧氣作為氧化劑研究閃鋅礦氧化氨浸行為，試驗(yàn)表明，氧壓為0.5 mpa、浸出4 h時(shí)，鋅的浸出率 為70%o因此，bao2可以用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸過(guò)程。800工30t亍t:iii6090120150180210240270time/mindoo 2

13、9c1215of7050403020%、u.2oelx(uoun10圖2 bao2對(duì)鋅浸出率的影響fig>2 effect of bac>2 on zn extraction2.3不同氧化劑條件下浸出渣的xrd分析以nazspog和bao?為氧化劑，閃鋅礦氧化氨浸后浸出渣的xrd譜如圖3所示?？梢钥闯?，硫化鋅精礦主 要包含zns、pbs和fes2相(a線)。以na2s2o8為氧化劑時(shí)，zns、pbs、fes?相大部分保留在浸出渣中(b線)， 說(shuō)明在na2s2o8氧化作用下，只有少量硫化鋅精礦溶解。以bao2為氧化劑時(shí)(c線)，zns、pbs和fes?相大部 分被溶解浸出，pbs溶解

14、后pb?+與so42'形成難溶物pbso4,而含fe的物相主要以fezcb存在，這是因?yàn)閒es? 相在氧化氨浸過(guò)程中也被氧化溶解為fe*,但在nhsynhibscu體系中，fe"與oft形成fe(oh)3沉淀保留在浸 出渣中，最后轉(zhuǎn)化為fe2o3o(a)zns精礦原礦；(b)na2s2o8條件下的浸出渣；(c)bao2條件下的浸出渣圖3不同氧化劑作用下浸出渣的xrd譜fige3 xrd patterns of leaching residues2.4浸出機(jī)理由文獻(xiàn)知，bao?在溶液屮緩慢且穩(wěn)定地分解出氧氣，氧氣可以很好地溶于溶液屮，而h2o2> no2分解較 快，。2大

15、部分溢出溶液。在閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程中，bao?緩慢分解產(chǎn)生的氧氣充分參與閃鋅礦的氧化氨浸過(guò) 程。結(jié)合試驗(yàn)研究和bao?的分解過(guò)程，提出盼。2為氧化劑浸岀閃鋅礦精礦的機(jī)理，反應(yīng)式如下：bao2+2h2o=ba(oh)2+h2o2(1)2h2o2=2h2o+o2(2)na2s2o8在堿性條件下的分解機(jī)理一直處在完善階段，furman等冋在堿性條件下對(duì)過(guò)硫酸鹽的分解機(jī)制 進(jìn)行了研究，提出并驗(yàn)證過(guò)硫酸鹽的分解機(jī)理：在堿的催化作用下，s20-的s0鍵被削弱，最后so發(fā)生斷 裂，快速分解為s04?-和02,反應(yīng)式：30s-0-0so3+2h2o 一 ho2+2so/+3h+(3)h-o-o + sos-o

16、-oso3so4*+so42+h+o2*'(4)s0+c)2 js0/+02(5)oh+cv oh+o2(6)產(chǎn)生的o2與閃鋅礦(zns)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，閃鋅礦分解，zn與nh3形成穩(wěn)定配合物(尸14)溶于溶液中, 從而使zn與礦物中其他物質(zhì)分離，反應(yīng)式：zns+xnha- h2o4-2o2=lzn(nh3)j2+so42'(7)3結(jié)論1) 在 110 °c、總氨濃度 4mol/l、nh3/nh4>5/3、轉(zhuǎn)速 500 r/min> 液固比 25、粒度 0.063 mm、浸出時(shí)間 4 h的條件下，nazsqg作氧化劑，鋅的浸出率僅達(dá)到28.4%； bao

17、?作氧化劑，鋅的浸出率達(dá)到82%。na2s2os 不適合用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸，而bao?可以實(shí)現(xiàn)閃鋅礦的常壓氧化氨浸。2) bao2浸出條件下浸出渣中含pb的物相主要為pbso4;含fe的物相主要為fe203o而浸出條件 下，zns只有少量溶解。參考文獻(xiàn)i ghosha m k, dasa r p, biswasb a k. oxidative ammonia leaching of sphalerite part i: noncatalytic kineticsj. international journal of mineral processing, 2002, 66(1/2/3/4

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