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文檔簡介
1、濕法煉鋅的浸由過程一、鋅焙燒礦的浸出目的與浸出工藝流程(一)鋅焙燒礦浸出的目的濕法煉鋅浸出過程,是以稀硫酸溶液(主要是鋅電解過程產(chǎn)生的廢電解液)作溶劑,將含鋅原料中的有價金屬溶解進入溶液的過程。其原料中除鋅外,一般還含有鐵、銅、鎘、鉆、鍥、種、睇及稀有金屬等元素。在浸出過程中,除鋅進入溶液外,金屬雜質(zhì)也不同程度地溶解而隨鋅一起進入溶液。這些雜質(zhì)會對鋅電積過程產(chǎn)生不良影響,因此在送電積以前必須把有害雜質(zhì)盡可能除去。在浸出過程中應盡量利用水解沉淀方法將部分雜質(zhì)(如鐵、神、睇等)除去,以減輕溶液凈化的負擔。浸出過程的目的是將原料中的鋅盡可能完全溶解進入溶液中,并在浸出終了階段采取措施,除去部分鐵、硅
2、、種、睇、錯等有害雜質(zhì),同時得到沉降速度快、過濾性能好、易于液固分離的浸出礦漿。浸出使用的鋅原料主要有硫化鋅精礦(如在氧壓浸出時)或硫化鋅精礦經(jīng)過焙燒產(chǎn)出的焙燒礦、氧化鋅粉與含鋅煙塵以及氧化鋅礦等。其中焙燒礦是濕法煉鋅浸出過程的主要原料,它是由ZnO和其他金屬氧化物、脈石等組成的細顆粒物料。焙燒礦的化學成分和物相組成對浸出過程所產(chǎn)生溶液的質(zhì)量及金屬回收率均有很大影響。(二)焙燒礦浸出的工藝流程浸出過程在整個濕法煉鋅的生產(chǎn)過程中起著重要的作用。生產(chǎn)實踐表明,濕法煉鋅的各項技術經(jīng)濟指標,在很大程度上決定于浸出所選擇的工藝流程和操作過程中所控制的技術條件。因此,對浸出工藝流程的選擇非常重要。為了達到
3、上述目的,大多數(shù)濕法煉鋅廠都采用連續(xù)多段浸出流程,即第一段為中性浸出,第二段為酸性或熱酸浸出。通常將鋅焙燒礦采用第一段中性浸出、第二段酸性浸出、酸浸渣用火法處理的工藝流程稱為常規(guī)浸出流程,其典型工藝原則流程見圖1圖1濕法煉鋅常規(guī)浸出流程常規(guī)浸出流程是將鋅焙燒礦與廢電解液混合經(jīng)濕法球磨之后,加入中性浸出槽中,控制浸出過程終點溶液的PH值為5.05.2。在此階段,焙燒礦中的ZnO只有一部分溶解,甚至有的工廠中性浸出階段鋅的浸出率只有20%左右。此時有大量過剩的鋅焙砂存在,以保證浸出過程迅速達到終點。這樣,即使那些在酸性浸出過程中溶解了的雜質(zhì)(主要是Fe、AS、Sb)也將發(fā)生中和沉淀反應,不至于進入
4、溶液中。因此中性浸出的目的,除了使部分鋅溶解外,另一個重要目的是保證鋅與其他雜質(zhì)很好地分離。由于在中性浸出過程中加入了大量過剩的焙砂礦,許多鋅沒有溶解而進入渣中,故中性浸出的濃縮底流還必須再進行酸性浸出。酸性浸出的目的是盡量保證焙砂中的鋅更完全地溶解,同時也要避免大量雜質(zhì)溶解。所以終點酸度一般控制在15g/L。雖然經(jīng)過了上述兩次浸出過程,所得的浸出75含鋅仍有20%左右。這是由于鋅焙砂中有部分鋅以鐵酸鋅(ZnF&O”的形態(tài)存在,且即使焙砂中殘硫小于或等于1%,也還有少量的鋅以ZnS形態(tài)存在。這些形態(tài)的鋅在上述兩次浸出條件下是不溶解的,與其他不溶解的雜質(zhì)一道進入渣中。這種含鋅高的浸出謂不
5、能廢棄,一般用火法冶金將鋅還原揮發(fā)出來與其他組分分離,然后將收集到的粗ZnO粉進一步用濕法處理由于常規(guī)浸出流程復雜,且生產(chǎn)率低,回收率低,生產(chǎn)成本高,隨著20世紀60年代后期各種除鐵方法的研制成功,鋅焙燒礦熱酸浸出法在20世紀70年代后得到廣泛應用。現(xiàn)代廣泛采用的熱酸浸出流程見圖2。圖2現(xiàn)代廣泛采用的熱酸浸出流程熱酸浸出工藝流程是在常規(guī)浸出的基礎上,用高溫(90C)高酸(浸出終點殘酸一般大于30g/L)浸出代替了其中的酸性浸出,以濕法沉鐵過程代替浸出渣的火法煙化處理。熱酸濕法煉鋅的浸出過程35浸出的高溫高酸條件,可將常規(guī)浸出流程中未被溶解進入浸出渣中的鐵酸鋅和ZnS等溶解,從而提高了鋅的浸出率
6、,浸出渣量也大大減少,使焙燒礦中的鉛和貴金屬在渣中的富集程度得到了提高,有利于這些金屬下一步的回收。二、影響浸出反應速度的因素鋅焙燒礦用稀硫酸溶液浸出,是一個多相反應(液-固)過程。一般認為物質(zhì)的擴散速度是液-固多相反應速度的決定因素;而擴散速度又與擴散系數(shù)、擴散層厚度等一系列因素有關。(一)浸出溫度對浸出速度的影響浸出溫度對浸出速度的影響是多方面的。因為擴散系數(shù)與浸出溫度成正比,提高浸出溫度就能增大擴散系數(shù),從而加快浸出速度;隨著浸出溫度的升高,周體顆粒中可溶物質(zhì)在溶液中的溶解度增大,也可使浸出速度加快;此外提高浸出溫度可以降低浸出液的粘度,利于物質(zhì)的擴散而提高浸出速度。一些試驗說明,鋅焙燒
7、礦浸出溫度由40c升高到80C,溶解的鋅量可增多7.5%。常規(guī)濕法煉鋅的浸出溫度為6080C。(二)礦漿的攪拌強度對浸出速度的影響擴散速度與擴散層的厚度成反比,即擴散層厚度減薄,就能加快浸出速度。擴散層的厚度與礦漿的攪拌強度成反比,即提高礦漿攪拌強度,可以使擴散層的厚度減薄,從而加快浸出速度。應當指出,雖然加大礦漿的攪拌強度,能使擴散層減薄,但不能用無限加大礦漿攪拌強度來完全消除擴散層。這是因為,當增大攪拌強度而使整個流體達到極大的湍流時固體表面層的液體相對運動仍處于層流狀態(tài);擴散層飽和溶液與固體顆粒之間存在著一定的附著力,強烈攪拌,也不能完全消除這種附著力,因而也就不能完全消除擴散層。所以過
8、分地加大攪拌強度,只能無謂地增加能耗。(三)酸濃度對浸出速度的影響浸出液中硫酸的濃度愈大,浸出速度愈大,金屬回收率愈高。但在常規(guī)浸出流程中硫酸濃度不能過高,因為這會引起鐵等雜質(zhì)大量進入浸出液,進而會給礦漿的澄清與過濾帶來困難,降低ZnSO4溶液質(zhì)量,影響濕法煉鋅的技術經(jīng)濟指標;止匕外,還會腐蝕設備,引起結晶析出,堵塞管道。(四)焙燒礦本身性質(zhì)對浸出速度的影響焙燒礦中的鋅含量愈高,可溶鋅量愈高,浸出速度愈大,浸出率愈高。焙燒礦中SiO2的可溶率愈高,則浸出速度愈低。焙燒礦粒的表面積愈大(包括粒度小、孔隙度大、表面粗糙等),浸出速度愈快。但是粒度也不能過細,因為這會導致浸出后液固分離困難,且也不利
9、于浸出。一般粒度以0.150.2mm為宜。為了使焙燒礦與浸出液(電解廢液和酸性浸出液)良好接觸,先要進行漿化,然后進行球磨與分級。實際上,浸出過程在此開始,且大部分的鋅在這一階段就已溶解。(五)礦漿的粘度對浸出速度的影響擴散系數(shù)與礦漿的粘度成反比。這主要是因為粘度的增加會妨礙反應物和生成物分子或離子的擴散。影響礦漿粘度的因素除溫度、焙砂的化學組成和粒度外,還有浸出時礦漿的液固比。礦漿液固比愈大,其粘度就愈小。綜上所述,影響浸出速度的因素很多,而且它們之間,又互相聯(lián)系、互相制約,不能只強調(diào)某一因素而忽視另一因素。要獲得適當?shù)慕鏊俣?,必須從生產(chǎn)實際出發(fā),全面分析各種影響因素,并經(jīng)過反復試驗,從技
10、術上和經(jīng)濟上進行比較,然后選擇最佳的控制條件。(六)常規(guī)法浸出的一般操作及技術條件的控制1、常規(guī)法浸出流程濕法煉鋅常規(guī)浸出工藝指的是采用一段中性浸出、一段酸性浸出,浸出渣經(jīng)過一個火法冶金過程使鋅還原揮發(fā)出來,變成氧化鋅再進行濕法處理,其原則工藝流程見圖1。濕法沖礦工藝流程的特點是:在焙燒爐的排料口下面設置一溜槽,從爐內(nèi)排出的熱料直接落入溜槽內(nèi),并被連續(xù)流經(jīng)溜槽的稀硫酸溶液(含3050g/LH2SO4,俗稱氧化液),帶到礦漿分級器,分級溢流進中性浸出,分級底液經(jīng)球磨后進酸性浸出。具優(yōu)點主要有:省去了熱焙砂的冷卻設備;可以利用熱焙砂的顯熱加熱浸出溶液,減輕浸出槽的加熱負荷。株洲冶煉廠新建的濕法煉鋅
11、系統(tǒng)未采用沖礦工藝,焙砂經(jīng)冷卻、球磨后送浸出系統(tǒng),多余焙砂送焙砂儲倉儲存。其優(yōu)點是:焙砂經(jīng)干式球磨后,粒度較細,能取得較好的浸出效果,浸出渣含鋅比沖礦浸出工藝低1.0%1.5%;由于設置了焙砂儲倉,浸出部分不會因焙燒系統(tǒng)發(fā)生故障停產(chǎn)而受到影響。2、浸出過程的技術條件控制為確保浸出礦漿的質(zhì)量和提高鋅的浸出率,一般來說,浸出過程技術條件控制主要有三個方面:中性浸出終點控制、浸出過程平衡控制和浸出技術條件控制。中性浸出控制終點PH為4.85.4,使三價鐵呈Fe(OH)3水解沉淀,并與神、睇、錯等雜質(zhì)一起凝聚沉降,從而達到礦漿沉降速度快、溶液凈化程度高的目的。過去浸出終點PH值控制是通過操作人員用試紙
12、或PH計測定,然后調(diào)整浸出過程的加酸量來達到控制終點PH值的目的。隨著自動化水平的提高,浸出過程終點PH的控制可以通過PH自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。浸出過程的各個浸出槽出口的PH值設定后,自動控制系統(tǒng)可根據(jù)設定的PH值信號自動調(diào)整酸的加入量,使浸出終點達到設定的PH值。濕法煉鋅的溶液是閉路循環(huán),故保持系統(tǒng)中溶液的體積、投入的金屬量及礦漿澄清濃縮后的濃泥體積一定,即通常說的保持液體體積平衡、金屬含量平衡和渣平衡是浸出過程的基本內(nèi)容。濕法煉鋅溶液的總體積,一方面因水分蒸發(fā)、渣帶走水以及跑、冒、滴、漏損失等原因會隨過程進行不斷減少,另一方面又由于貧鎘液、洗渣、洗濾布、洗設備等收集的低酸、低鋅廢水,給系統(tǒng)帶
13、進許多新水,二者必須保持平衡,即保持系統(tǒng)中溶液體積不變,否則有可能因帶入的水過多,系統(tǒng)的溶液量增加,致使溶液無法周轉,打亂生產(chǎn)過程,導致生產(chǎn)技術條件失控。如果帶入的水不足,則系統(tǒng)溶液體積減少,同樣會使正常溶液周轉受到影響,影響正常生產(chǎn)技術條件控制。同時溶液體積減少相當于系統(tǒng)溶液濃縮,將導致溶液含鋅量升高,如果偏離允許范圍,將直接影響浸出以及后續(xù)凈化及電解工序。實踐中,夏天氣溫高,溶液體積容易減小;冬天蒸發(fā)量少,且蒸汽直接加熱的冷凝水增加等原因,溶液的體積容易膨脹。故為了保持溶液體積平衡,必須嚴格控制各種洗水量,因時、因地保持水量平衡。浸出過程的金屬量平衡是指浸出過程投入的焙砂經(jīng)浸出后進入溶液的
14、金屬量與鋅電解過程析出的金屬量保持平衡。如投入的金屬量與析出的鋅量不平衡,將導致電解產(chǎn)出的廢液量不平衡,影響正常生產(chǎn)。謂平衡是指焙砂經(jīng)兩段浸出后所產(chǎn)出的渣量,與從系統(tǒng)通過過濾設備排出的渣量的平衡。如果浸出產(chǎn)出的渣不能及時從系統(tǒng)中排走,濃縮槽中濃泥體積增大,不僅影響上消液的質(zhì)量,也直接影響到下一工序生產(chǎn)的進行,無法保持浸出過程連續(xù)穩(wěn)定進行。濃泥體積的變化往往是造成上述惡性循環(huán)的起因,如酸性濃泥體積大,澄清困難,使酸性上消液含固體量升高,當返回一次中性浸出時,又增加了一次浸出礦漿的固體量,從而減少了一次浸出礦漿的液固比,使一次浸出礦漿澄清困難,結果是中性上清液中懸浮物大量增加,凈液工序的壓濾負擔加
15、重,甚至無法完成凈液作業(yè)。浸出過程的好壞與選用的技術條件密切相關。實踐表明,只有正確選用操作技術條件,嚴格操作,精心控制,方能取得好的浸出效果。常規(guī)法浸出一般控制的浸出工藝條件如下:中性浸出的技術條件浸出溫度6075c浸出液固比(浸出液量與料量的質(zhì)量比)10151浸出始酸濃度3040g/L浸出終點PH值4.85.4浸出時間1.52.5h酸性浸出的技術條件浸出溫度7080c浸出液固比(浸出液量與料量的質(zhì)量比)791浸出始酸濃度2545g/L浸出終點PH值2.53.5浸出時間23h由于原料和酸同時加入,故按浸出礦漿最后從浸出槽出口終酸的PH值控制始酸。浸出過程的產(chǎn)物為礦漿,是硫酸鋅溶液和不溶殘渣的
16、懸濁液,為了滿足下一工序的要求,礦漿必須進行液固分離。濕法煉鋅的浸出礦漿液固分離通常采用重力沉降濃縮和過濾兩種方法。一段中性浸出礦漿經(jīng)中性濃縮液周分離后,中性上清液送凈化,中性濃縮底流送酸性浸出。二段酸性浸出礦漿經(jīng)酸性濃縮液固分離后,酸性上清液返回中性浸出,酸性底流經(jīng)過過濾、干燥后送回轉窯火法處理,使鋅還原揮發(fā)變成氧化鋅。3、浸出的主要技術經(jīng)濟指標鋅浸出率浸出率系焙燒礦經(jīng)兩段浸出后,進入溶液中的鋅量與焙燒礦中總鋅量之比。當焙燒礦含鋅量為50%55%、可溶鋅率為90%92%時,鋅浸出率為80%87%。在設計時,連續(xù)浸出可取80%82%,間斷浸出可取86%87%。浸出渣率浸出渣率系焙燒礦經(jīng)浸出、過
17、濾干燥后的干渣量與焙燒礦量的百分比。當焙燒礦含鋅為50%55%時,其相應的浸出渣率為50%55%。近幾年來各廠渣率一般約為52%0渣含鋅各廠渣含鋅波動于下列范圍:全鋅18%22%;酸溶鋅2.5%7%;水溶鋅0.5%5.5%。4、浸出礦漿的液固分離浸出所得礦漿須經(jīng)液固分離,才能分別送往下一工序處理。一次浸出礦漿經(jīng)濃縮,所得上清液送凈化,底流送二次浸出;二次浸出礦漿先經(jīng)濃縮,所得上清液返回一次浸出,底液送去過濾。礦漿的濃縮在濃縮槽(亦稱濃密機)內(nèi)進行。浸出礦漿的濃縮效率取決于固體粒子的沉降速度:在實際生產(chǎn)過程中情況比較復雜,因此影響濃縮的因素很多,主要有:礦漿的PH值礦漿的PH值一般控制在4.85
18、.4之間,因為此條件最有利于細微膠質(zhì)氫氧化鐵和硅膠粒子的凝聚長大,所以澄清速度較快,濃縮效果較好。焙燒礦的粒度固體粒子沉降速度與其粒度成正比,粒度越大,沉降越快,故濃縮效果越好。但粒度太大,易堵塞濃縮槽和損壞扒動設備;反之,粒度越小,沉降越慢,濃縮效率就越差。固體與液體的密度差固體與液體的密度差越大,固體粒子的沉降速度越快,濃縮效率越高。礦漿的溫度一般鋅焙燒礦中性浸出礦漿濃縮溫度以5560c為宜;酸性浸出礦漿濃縮溫度以6070c為宜。溫度升高,礦漿粘度減小,固體粒子的沉降速度加大。礦漿的液固比礦漿的液固比越大,則礦漿的粘度就越小,就越有利于固體的沉降,濃縮效果也越好。溶液中膠體氫氧化鐵和二氧化
19、硅的含量當溶液中含氫氧化鐵和硅酸增多時,礦漿的粘度就升高,從而使固體物料的沉降困難,惡化濃縮過程,所以應嚴加控制。遇此情況可用提高礦漿溫度和增大液固比的辦法,降低其粘度,利于固體粒子的沉降。浸出時間當浸出時間較短時,則殘存的固體粒子較大,具沉降速度較快;相反,則固體粒子較細,甚至將已凝聚的大顆粒擊碎,而使?jié)饪s發(fā)生困難。3#凝聚劑的加入量3#凝聚劑一般只在中性濃縮槽中加入。其用量為2030ppm。凝聚劑的加入可使微小的懸浮顆粒凝聚成較大的粒子,因而加快沉降速度,濃縮機能力提高1.52倍。二次浸出礦漿經(jīng)濃縮后得到的底流,仍是含有很多硫酸鋅溶液的濃泥,為了盡可能地回收其中的鋅,必須將底流過濾,進一步
20、進行液固分離。過濾就是將濃縮后所得底流裝在有過濾介質(zhì)的過濾機中,在一定壓力差的作用下,使溶液通過過濾介質(zhì),而固體(浸出渣)則截留在過濾介質(zhì)上,達到液固分離的目的。過濾機的生產(chǎn)能力取決于過濾速度,影響過濾速度的因素有:濾謂的性質(zhì)當濃泥中含膠狀物質(zhì)如氫氧化鐵、硅酸過多和渣粒過細時,將使?jié)饽嗟恼扯仍龈?,且細小的膠狀微粒在過濾時會堵塞過濾介質(zhì)的毛細孔道;當濃泥中含硫酸鋅、硫酸鈣、硫酸鎂等硫酸鹽過多時,同樣會使?jié)饽嗟恼扯仍龈?,且在過濾時它們易生成細小結晶而堵塞過濾介質(zhì)的毛細孔道,這些都使過濾困難,降低過濾速度。濾餅的厚度過濾時隨著過濾時間的延長,濾餅厚度增加,被過濾的濃泥中的溶液通過過濾介質(zhì)的阻力增大,
21、而使過濾速度降低。同時,還可能由于濾餅過厚而將濾布損壞。為此,應控制濾餅厚度。根據(jù)某廠實踐,濾餅的合理厚度以2535mm為宜。過濾溫度溫度對過濾速度有很大影響,歸納起來有如下幾點:過濾溫度高,濃泥的流動性好,過濾速度快;提高過濾溫度,可以消除濾餅和濾布的毛細孔道內(nèi)形成的小氣泡,從而加快過濾速度;提高過濾溫度,有利于濾液中懸浮固體微粒凝聚長大,使過濾速度加快。因此,在生產(chǎn)實踐中應控制較高的過濾溫度,一般為7080C,有時甚至高達90Co三、鐵酸鋅的溶解與中性浸出過程的沉鐵反應(一)鐵酸鋅的溶解鋅焙砂經(jīng)過常規(guī)法工藝的中性與酸性浸出以后,得到的浸出渣仍含鋅高,一股為20%22%。當處理含鐵高的精礦時
22、,渣含鋅還會更高。這種浸出渣處理在上世紀70年代以前都是經(jīng)過一個火法冶金過程將鋅還原揮發(fā)出來,變成氧化鋅粉再進行濕法處理。這樣使?jié)穹掍\廠的生產(chǎn)流程復雜化,且火法過程的燃料、還原劑和耐火材料消耗很大,生產(chǎn)成本高。對于難溶球狀ZnO-F&O3的溶出,要求有近沸騰溫度(95100C)和高酸(終酸4060g/L)的浸出條件以及較長的時間(34h),鋅浸出率才能達到99%o(二)中性浸出過程的沉鐵反應前已述及,在中性浸出時只有將溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,才能在終點PH值為5左右時Fe*以Fe(OH)3的形式從溶液中完全沉淀下來。為使溶液中Fe2+氧化為Fe3+,必須將溶液的電勢值提高到0
23、.8以上。在生產(chǎn)中提高電勢所采用的氧化劑有軟鈕礦(MnO2)或鼓入的空氣。鋅電解液中鉆的含量一般波動在35g/L之間。軟鉆礦是鋅溶液中FeT的好氧化劑,各個工廠都樂于采用。軟鉆礦中二氧化鈕含量較高,可達60%以上,所含的主要雜質(zhì)一般為氧化鐵和二氧化硅,對濕法煉鋅無大的影響。雖然軟鉆礦價格不高,供應也較充足,但仍需花費資金,并且要增加渣量,故有的工廠改用空氣氧化。從Fe2+氧化為FeT的反應速度,除了與Fe2+本身的濃度有關以外,還與溶解于溶液中的氧濃度及溶液酸度有關。在溫度為2080C、PH為02的范圍內(nèi),溶液中O2愈大,F(xiàn)2+的氧化反應速度便愈大。所以在實際生產(chǎn)中為了提高O2,應將空氣噴射入
24、溶液,使之高度分散,產(chǎn)生極細小的氣泡。也有工廠采用富氧鼓風。當溶液的酸度愈低,即PH值愈大時,F(xiàn)eT的氧化速度增大。當PH<1.9時,溶液中的Fe2+幾乎不被空氣中的O2氧化。所以,在用空氣氧化Fe2+的過程中,需加入焙砂進行預中和,以提高溶液的PH值。根據(jù)試驗研究,在用空氣進彳T氧化時,Cu2卡的存在有利于反應加速進行。有人曾測定過鐵和銅的氧化電勢隨PH值變化的情況。當PH大于2.5時,溶液中的Cu2+可以直接氧化Fe2+0用中和法沉淀鐵時,溶液中的As與Sb,Ge可以與鐵共同沉淀。所以在生產(chǎn)實踐中溶液中的As,Sb,Ge的含量比較高時,為了使它們能完全沉淀,必須保證溶液中有足夠的鐵離
25、子濃度。溶液中的鐵含量應為AS+Sb總量的10倍以上,當Sb含量高時要求更高。在AS與Sb含量高的情況下,溶液中鐵含量不夠時,應在配制中性浸出料液時加入FeSQ或Fe2(SO4)3,但鐵的總濃度不應超過1g/L,否則會使中性浸出礦漿的澄清性質(zhì)變差。氫氧化鐵除神、睇的作用可以簡述如下:氫氧化鐵是一種膠體,膠體微粒帶有電性相同的電荷,所以相互排斥而不易沉降,在不同的酸度下因吸附的離子不同,帶的電荷亦不相同。在溶液PH值5.2時,F(xiàn)e(OH)3膠粒帶正電;在PH值5.2時它帶負電,定位離子為OH,其等電點在PH=5.2附近。由于在PH5.2時,F(xiàn)e(OH)3膠粒帶正電;ASO43,SbO43一將成為
26、其反離子。一般來說溶液中各種負離子都可以成為反離子”從而被膠核所吸引,其中一部分可以進入膠團內(nèi)一起運動。在工業(yè)浸出液中,可成為反離子的物質(zhì)很多,如SO42,OH,SbO43,SO42,Ge。2等,但它們進入膠團吸附層的數(shù)量將取決于這些離子的濃度和電荷的大小,濃度大、電荷高的更易進入吸附層,濃度和電荷相比電荷作用更大。因此進入氫氧化鐵膠粒吸附層的負離子將主要是AsO43,SbO43,SO42,也會有少量的SO42和OH等。神、睇只有在溶液酸度很高的情況下方能以陽離子As5+,Sb5+的形式存在。對于中性浸出,終點PH控制在5.2以上的溶液,神、睇將主要以配位離子AsO43,SbO43一形式存在,
27、金屬神、睇離子將是極少的。盡管溶液中AsO43,SbO43一的濃度較SO42一低得多,但它們在荷電方面卻占有極大優(yōu)勢,故可以被氫氧化鐵膠核吸附在表面層中。四、氧化鋅粉及含鋅煙塵的浸出(一)氧化鋅粉及含鋅煙塵的來源與化學成分鉛鋅礦物原料大都來源于鉛鋅共生礦,經(jīng)過優(yōu)先浮選也很難達到鉛鋅完全分離。冶煉廠所處理的鉛精礦與鋅精礦都是相互摻雜在一起,還有賴于冶金過程進一步分離。如鉛精礦冶煉過程,是將精礦中的鋅富集在爐渣中,然后用煙化爐處理爐渣,產(chǎn)出的氧化鋅便作為濕法煉鋅原料。濕法煉鋅廠產(chǎn)出的浸出渣以及貧氧化鋅礦,許多工廠都是采用回轉窯煙化產(chǎn)出氧化鋅粉,也是作為濕法煉鋅的原料。50%左右的金屬鋅用在鋼鐵鍍鋅
28、工業(yè)上。當這些鍍鋅鋼鐵廢件回爐再生時,便會產(chǎn)生一種含鋅煙塵。這種煙塵含鋅約20%,經(jīng)回轉窯和其他設備進行煙化富集,產(chǎn)出的氧化鋅粉也是作為煉鋅的原料。有一部分金屬鋅用在黃銅(CuZn合金)生產(chǎn)上,當這種黃銅廢件再生冶煉回收銅時,鋅以氧化鋅粉形態(tài)回收,也可送濕法煉鋅廠作原料。上述各種氧化鋅粉的化學成分列于表1。分析其中的數(shù)據(jù)可以看出,這種原料的成分復雜,含有害雜質(zhì)較多,一般將其單獨浸出后,得到ZnSO4溶液再泵至焙砂浸出系統(tǒng)。由于氧化鋅粉中的F,CL含量較高,浸出時都進入溶液,要從ZnSO4溶液中脫去F與CL是比較困難的,所以在浸出之前需將這種氧化鋅粉預先處理脫氟氯。表1各種氧化鋅粉的化學成分(%
29、)這些氧化鋅粉的粒度很小,表面能很大,在火法煙化中能吸附SO2和有機物,親水性差,導致浸出過程消耗更多的氧化劑(如MnO2),延緩浸出時間。浸出前將氧化鋅粉進行預處理,才能改善這些性能。(二)氧化鋅粉浸出前的預處理氧化鋅粉送浸出前的預處理主要是脫去其中的氟與氯。脫除氟氯的方法有高溫焙燒和堿洗兩種。高溫焙燒脫氟氯可以在多膛爐或回轉窯中進行。(三)氧化鋅粉的浸出工業(yè)原料氧化鋅與含鋅煙塵經(jīng)高溫(700c左右)脫除氟氯之后的物料統(tǒng)稱為氧化鋅粉,濕法處理該物料都要經(jīng)過浸出過程,與焙砂浸出相類似。浸出過程要求鋅物料中的鋅化合物迅速而盡可能完全溶解進入溶液中,只有極少部分鋅進入到氧化鋅浸出渣中。這種含Pb,
30、Ag高,含鋅低的渣,可送到鉛系統(tǒng)處理。在氧化鋅被浸出的同時,鋅物料中的部分雜質(zhì)(如鐵、神、睇、錯、鎘等)也會不同程度地溶解。所以,ZnO浸出液成分復雜,一般將其單獨浸出后,得到的硫酸鋅溶液再與焙砂浸出液合并。氧化鋅物料中的鈿、錯、錢等有價金屬則在酸性浸出過程中進入溶液,在鈿錯置換工序,利用鋅粉置換的辦法沉淀這些稀散金屬,使其進入置換渣中,以達到鋅與鈿、錯分離并使鈿、錯在渣中富集的目的.浸出過程得到的是一種固體與液體的混合物礦漿。所以還必須通過濃縮與過濾把固體與溶液分離開來。故浸出的目的除要求盡可能多地溶解鋅、富集有價金屬和除去一部分雜質(zhì)外,還要求得到澄清性能與過濾性能好的浸出礦漿。氧化鋅粉浸出
31、生產(chǎn)工藝流程見圖3。圖3氧化鋅粉浸出工藝流程氧化鋅粉具有還原性強、比表面積大、疏水性好的特性,故難于直接進入溶液。干法上礦往往會使氧化鋅粉懸浮在液面,需要強烈地攪拌,故只有個別小廠應用干法上礦。大多數(shù)廠家采用濕法上礦。濕法上礦是將氧化鋅粉首先與含酸的浸出溶液混合,以礦漿的形式泵入浸出槽內(nèi)。濕法上礦的優(yōu)點是,礦漿先后經(jīng)漿化槽(或球磨機)、泵、分級機、管道或溜槽,使氧化鋅粉與溶液充分接觸,從而加速了浸出過程,提高了鋅及有價金屬的浸出率。株洲冶煉廠采用串聯(lián)兩臺球磨機(1.5亦3m)濕法磨礦后再泵入中性浸出槽,提高了磨礦效果,使鋅的浸出率達到了95%97%。氧化鋅粉的浸出是用鋅電積的廢電解液作溶劑,具
32、反應為ZnO+H2SO4ZnSO4+H2O就浸出鋅而言它是一個簡單的溶解過程,但是原料的成分復雜,因而該浸出過程也就復雜化了。一般采用一段中性與一段酸性的兩段浸出作業(yè)。第一段為中性浸出,使原料中大部分鋅進入溶液,借助中和水解法使鈿錯等有價金屬殘留于渣中。第二段浸出為酸性浸出,主要是使中性浸出渣中的鋅、鈿、錯、錢等盡可能多地進入溶液,而鉛留于渣中,達到鋅、鈿、錯、錢和鉛的分離。獲得的酸性上清液采用鋅粉置換法將其中的鈿、錯、錢置換沉淀出來,達到富集鈿錯的目的。無論是中性浸出還是酸性浸出,均可采用間斷或連續(xù)操作方式,其作業(yè)條件歸納于表2中表2氧化鋅粉連續(xù)浸出與間斷浸出的條件控制五、鋅浸出生產(chǎn)用的主要
33、設備(一)常用浸出設備浸出槽是浸出的重要設備。浸出槽分為空氣攪拌槽和機械攪拌槽??諝鈹嚢璨凼墙柚鷫嚎s空氣來攪拌礦漿,機械攪拌是借助動力驅動螺旋槳來攪拌礦漿。槽體一般用混凝土或鋼板制成,內(nèi)襯耐酸材料如鉛皮、瓷磚、環(huán)氧玻璃鋼等??諝鈹嚢璨廴鐖D4所示,機械攪拌槽如圖5和圖6所示。浸出槽的容積一般為50100m3,目前已趨向大型化,如120m3,140m3,190m3,250m3和300m3都有工業(yè)應用??諝鈹嚢璨塾置燎锟ú?,一般內(nèi)徑4m,槽深10.5m,槽體為鋼筋混凝土搗制,內(nèi)襯玻璃鋼,如需耐強酸應加襯瓷磚。槽底為錐形,并設有底閥作事故處理和搗槽、泊槽之用。槽內(nèi)裝有兩根壓縮空氣管通向錐底,通以0.
34、130.16MPa的壓縮風,以使礦漿處于劇烈翻騰運動狀態(tài)。另設置一根蒸汽管用以直接加熱礦漿。礦漿輸出靠槽內(nèi)兩個礦漿揚升器吹出,它是一根插入錐底的長管,規(guī)格為259M0400(mm),揚升器風管為89>9895(mm)。揚升管下部是喇叭口形,揚升風管插入喇叭口處。操作時揚升風管送入壓縮風,由于空氣導入揚升器,揚升器內(nèi)便充滿礦漿和空氣的混合物,這就與揚升器外的礦漿形成密度差,借助壓縮風的驅動,礦漿便沿著揚升器上升被導出槽外。連續(xù)浸出靠這種揚升器把幾個浸出槽串聯(lián)起來,并把礦漿揚升至輸出溜槽,但也可以將浸出槽建成階梯形,利用高度壓差實現(xiàn)用接。實踐證明,這種浸出槽處理能力大,每小時每立方米能處理中
35、性礦漿1.62m3,或處理酸性礦漿0.71m3。此外,充氣對浸出過程起強化氧化作用,對提高浸出上清液質(zhì)量有利。它的不足之處在于風壓不夠時容易造成死槽、堵槽,渣含鋅較高,加重了搗槽、泊槽的工作量,另外蒸汽消耗大,現(xiàn)場環(huán)境惡劣。機械攪拌槽由攪拌裝置、槽體、槽蓋和橋架組成。攪拌器是浸出槽的重要部件,根據(jù)不同的工藝條件選擇不同形式的攪拌器。攪拌器的作用是使攪拌槽內(nèi)固體顆粒在溶液中均勻懸浮,以加速固液間的傳質(zhì)過程。傳統(tǒng)的攪拌機采用開啟式折葉渦輪,使介質(zhì)在槽內(nèi)既產(chǎn)生軸向流又產(chǎn)生徑向流,從而使礦漿顆粒不斷出現(xiàn)新的界面,以利于傳質(zhì)和混合過程的實現(xiàn)。攪拌強度是強化浸出過程的重要參數(shù),它取決于工藝過程的要求,由計
36、算結合生產(chǎn)經(jīng)驗確立,一般為5085r/min。改進后的攪拌器設雙層槳葉,既保留了折葉渦輪的優(yōu)點,又大大節(jié)約能耗,取消了容易腐蝕的導流筒(圖6),在槽內(nèi)增設擋板(阻尼板),以實現(xiàn)最佳攪拌效果。如不設檔板,則可改變槽型,有的改成八角形槽。一般槽型選用立式圓筒形槽體,平底平蓋,下部設置清渣入孔及放液口。浸出槽一般呈階梯形配置,實現(xiàn)多槽用接,其優(yōu)點是這種浸出槽搗槽方便,堵槽少,動力消耗小,浸出渣含鋅比空氣攪拌槽低一個百分點,且現(xiàn)場環(huán)境較好,易于實現(xiàn)自動控制。強化浸出過程的流態(tài)化浸出槽已在工業(yè)上得到了應用,具結構見示意圖7。(二)液固分離設備濕法煉鋅液固分離的設備有濃密機和各類過濾機。1、濃密機濃密機又
37、稱沉降器、增濃器或濃縮槽。廣泛應用的是單層連續(xù)式耙集沉降器。濃縮原理與分級沉降一樣,借助固體顆粒的重力自然沉降。濃密機大小依據(jù)生產(chǎn)量和濃縮能力來確定,直徑有9m,12m,18m,21m等不同型號。由槽體、耙子、橋架、傳動裝置、提升裝置和槽蓋組成。槽體為鋼筋混凝土結構內(nèi)襯玻璃鋼,在錐形槽底再砌一層耐酸瓷磚以保證其耐磨性和耐腐蝕性。耙子采用316L不銹鋼,當負荷超過規(guī)定限度時,報警器報警,耙子自動提升,排除故障后,可電動或手動將耙下降。槽內(nèi)中心懸有緩沖筒,起到導流和緩沖作用。礦漿進入槽內(nèi)由筒體下落至1m后才向四周流動,這樣顆粒就在中心部分大量沉降,而筒體外的上清區(qū)則保持平靜狀態(tài),更可保證上清質(zhì)量。
38、濃密機內(nèi)分為上清區(qū)、澄清區(qū)、濃泥區(qū)(見圖8)。當?shù)V漿進入濃密機后,固體粒子在重力的作用下開始下沉,大顆粒在錐形底部形成沉淀層,其上形成液固混合的懸浮層,再上是含固較少的上清層。作業(yè)中,力求槽內(nèi)上泊區(qū)所占的體積愈大愈好,而濃泥區(qū)保持在最小的高度,以利提高濃密機的生產(chǎn)能力??刂埔欢ǖ模ǖ琢鳎┟芏?,可間斷排渣,也可連續(xù)排渣。生產(chǎn)中為了加快濃縮與澄清速度,通常加入適量的凝聚劑(一般為聚丙烯酰胺,俗稱3號凝聚劑),以促進固體粒子相互聚集而形成絮凝團快速沉降。但凝聚劑也是一種透明膠體,不能過多,否則適得其反。影響濃縮澄清的因素很多,主要有礦漿的PH值、礦漿的化學成分、固體顆粒的粒度、液固比、3號凝聚劑用量
39、以及排渣操作等。濃密機始用于1905年,具有作業(yè)連續(xù)、生產(chǎn)穩(wěn)定可靠、能耗低、操作簡單等優(yōu)點而得到廣泛應用。具缺點是生產(chǎn)效率低,占地面積大。濃密機的面積可按下式計算:F=Q/A式中F需要濃密機面積,m2;Q需要的上清液量,m3/d;A單位面積上清液的產(chǎn)率,m3/(m2d)A值可按類似工廠生產(chǎn)指標選?。ㄒ姳?)。圖8浸出礦漿在濃密機內(nèi)的分布表3濃密機的上清液產(chǎn)率(A值)濃密機的臺數(shù)計算如下:濃密機臺數(shù)=需要的濃密機面積(m2)/每臺濃密機的沉降面積(m2)六、鋅浸出渣及其處理(一)鋅浸出渣的組成及處理方法經(jīng)常規(guī)法浸出后的浸出渣一般還含有18%26%的鋅及其他有價金屬,因此,浸出渣還必須進一步處理,
40、以回收其中的鋅及有價金屬。鋅焙燒礦中的硫化鋅和鐵酸鋅,在一般浸出條件下是不會溶解于稀硫酸溶液的,可以認為完全殘留在浸出渣中。這是浸出渣含鋅高的主要原因。浸出渣中的鋅主要包括在浸出條件下不溶解的鐵酸鋅(ZnO-Fe2O3)、硫化鋅(ZnS)以及部分未溶解的氧化鋅(ZnO)。其處理方法一般分為火法和濕法兩種?;鸱ㄌ幚硎菍⒔鲈c焦粉相混合,用回轉窯、蒸儲爐、豎爐、鼓風爐處理,將渣中的鋅、鉛、鎘還原揮發(fā)出來,煙氣經(jīng)沉降、冷卻、袋式收塵,最終得到含鉛氧化鋅粉。濕法處理是浸出渣通過高溫高酸浸出,使渣中的鐵酸鋅等溶解,然后用不同方法使已浸出的鐵生成易于過濾的沉淀物而除去?;鸱ê蜐穹ǜ饔袃?yōu)點,但也各存在不足之處?;鸱ㄌ幚礓\金屬總回收率較高,流程簡單,但其
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