黃鉀鐵礬法煉鋅的沉礬過程研究

黎紅兵,周志輝,陳志飛,寧順民,袁鐵錘

(1.長沙礦冶研究院,湖南長沙 410012;2.中南大學粉末冶金國家重點試驗室,湖南長沙 410083)

黃鉀鐵礬法煉鋅的沉礬過程研究

黎紅兵1,周志輝2,陳志飛1,寧順民1,袁鐵錘2

(1.長沙礦冶研究院,湖南長沙 410012;2.中南大學粉末冶金國家重點試驗室,湖南長沙 410083)

黃鉀鐵礬法可以有效處理鐵、砷、銻等雜質含量高的鋅精礦,并能有效回收其中的有價金屬。沉礬工序是黃鉀鐵礬法處理的關鍵步驟,可產出富銦的鐵礬渣和供中性浸出用的上清液,其主要任務包括除鐵、沉銦、排除系統中多余的硫酸根以及脫除部分金屬雜質離子。文章對黃鉀鐵礬法工藝處理高鐵高銦鋅精礦的沉礬過程進行了研究,得出了雜質離子濃度變化規律并對其過程機理進行了初步分析。研究結果表明92.3%的鋅進入沉礬液,94.87%的銦、97.80%的鐵及絕大部分砷、銻進入沉礬渣。

黃鉀鐵礬法;沉礬;除鐵;浸出;銦

目前世界上主要煉鋅方法是濕法煉鋅,80%以上的原生鋅錠是通過濕法煉鋅方法生產出來的[1]。鋅主要以硫化物形態存在于自然界,其主要礦物是閃鋅礦和高鐵閃鋅礦,而且常常伴生有銦,比如我國廣西大廠礦就是高鐵高銦鋅礦[2]。銦是一種極其重要的金屬,大部分金屬銦是從鉛、鋅、銅、錫等礦石冶煉過程中回收的副產品。從揮發性強的鋅和鎘中分離銦時,銦則富集于濾渣和爐渣內[3～6]。

廣西大廠鋅精礦中銦、鐵含量很高,該廠采用處理高鐵鋅精礦的傳統工藝——黃鉀鐵礬法從鋅精礦中提取鋅并回收銦。其主要生產工藝包括:中性浸出-低酸浸出-高酸浸出和鐵礬法沉鐵,從中性浸出液里電解提取鋅,絕大部分銦富集于鐵釩渣中,少量的銦殘留于高渣,將礬渣和高浸渣混合后,經高溫焙燒、浸出、萃取、電解和鑄錠后即可得到電銦[7～9]。

黃鉀鐵礬法煉鋅的目的是產出富銦的鐵礬和可供中浸使用的上清液,其關鍵工藝在沉礬過程,由高浸、低浸所浸出的含Zn、In、Fe、As、Sb等離子的浸出液,最后均多段逆流匯集于沉礬過程中,沉礬工序主要有以下作用:除鐵、沉銦、排除系統中多余的SO2-4、脫除部分金屬雜質離子等,沉礬的效果直接影響到后續工序的進行,因此沉礬工序是黃鉀鐵礬法處理高鐵高銦鋅精礦過程中極為重要的一個步驟。本文通過對沉礬過程的研究,確定了沉礬過程工藝參數并對其機理進行初步探討。

1 實驗原料

實驗主要原料:焙砂。

高鐵鋅精礦沸騰焙燒后得到的焙砂成分列于表1,低浸上清液成分列于表2。

表1 焙砂成分 %

表2 低浸上清液成分 g/L

輔料:軟錳礦(MnO2＞65%),硫酸鈉(化學純),濃硫酸(工業純,H2SO4＞98%)。

2 實 驗

沉礬實驗在帶蓋的2 L燒杯中進行,配備有控溫和機械攪拌裝置,pH計測量溶液pH值。每次實驗取低浸上清液1.2 L,加Na2SO4約11 g([Na+]/ [Fe3+]=0.15),升溫至95±5℃,添加焙砂控制溶液pH值為1.5～2.0,為將低浸液中 Fe2+轉化為Fe3+,向浸出液中加入5 g軟錳礦,沉礬過程至溶液中總Fe濃度小于或等于1 g/L時結束。

3 結果與討論

實驗研究了黃鉀鐵礬法除鐵過程中浸出液中鐵、銦、砷、銻等離子在沉礬過程中的含量變化,如圖1～圖4所示。從圖中可以看出,溶液中鐵、銦離子濃度以大體相同的趨勢降低,而砷、銻離子濃度在經歷了一個緩慢下降過程后(約1～2 h),開始急劇下降。由此可見鐵、銦離子與砷、銻離子的沉降機理存在差異。

圖1 沉礬過程中Fe3+濃度隨時間變化曲線

圖2 沉礬過程中In3+濃度隨時間變化曲線

圖3 沉礬過程中As3+濃度隨時間變化曲線

圖4 沉礬過程中Sb3+濃度隨時間變化曲線

由于Fe3+與 In3+離子半徑相近(Fe3+為0.067 nm,In3+為0.082 nm),在沉礬過程中In3+會部分取代Fe3+而進入到鐵礬中,在沉礬過程中銦與鐵幾乎同時沉淀析出,形成較為復雜的含銦鐵礬,利用這一反應可回收其中的有價金屬銦。

由溶液中的砷、銻離子濃度變化曲線(圖3、圖4)及前期研究結果[2],可以認為As3+、Sb3+并不像In3+那樣與Fe3+互相取代而形成鐵礬。溶液中砷主要以高價態形式的存在可以部分取代鐵礬中的而進入到鐵礬中,其反應如下:

而對于以膠體狀態存在于該溶液體系中的銻的化合物,其沉降則以共沉淀為主,共沉淀的速率同樣由反應過程中生成NaFe3(SO4)2(OH)6的量決定。黃鉀鐵礬對金屬離子有較強的吸附能力,同時,黃鉀鐵礬生成過程中有5%～8%的Fe3+會形成Fe(OH)3,這種膠體沉淀對有些金屬離子具有較強吸附能力,黃鐵礬以及Fe(OH)3膠體沉淀對銻的絡合陰離子或膠體分散物產生化學吸附和物理吸附而發生共沉淀,而Fe(OH)3膠體沉淀的生成速率是與黃鐵礬生成量相關的,因而溶液中銻離子濃度在一段時間緩慢下降后才開始急劇變化。當然,溶液中其他雜質離子也會被吸附而發生共沉淀如鋅、銦、砷等。

沉礬過程共添加焙砂78.6 g,沉礬時間約5 h,沉礬結束后,過濾洗滌后得沉礬溶液1 125 mL,沉礬渣117.5 g,沉礬溶液和沉礬渣的分析結果列于表3, 沉礬過程中主要元素平衡表列于表4。

表3 沉礬溶液和沉礬渣的分析結果

表4 主要元素平衡表 g

由表3的實驗數據可計算出:92.3%的鋅進入沉礬液,94.87%銦,97.80%鐵及絕大部分砷、銻進入沉礬渣。表4的主要元素平衡表結果表明Zn、Fe、In、Cu、Cd等元素平衡情況較好,As、Sb元素因分析誤差等原因平衡情況較差?？梢?通過沉礬過程,絕大部分Zn返回中浸上清液進入電解,Fe、As、Sb等雜質進入礬渣被除去,而有價金屬 In大都進入礬渣,通過對礬渣的后續處理可回收其中的金屬In。

4 結 論

黃鉀鐵礬法可以有效處理高銦高鐵鋅精礦。在除Fe的過程中,絕大部分In、As、Sb隨Fe一起進入礬渣中,但它們的沉淀機理有所不同,In3+會部分取代Fe3+而進入到鐵礬中,在沉礬過程中銦與鐵幾乎同時沉淀析出,形成較為復雜的含銦鐵礬,砷主要以高價態的存在可以部分取代鐵礬中的而進入到鐵礬中,銻的沉降則以共沉淀為主。

在沉礬過程中,92.3%的鋅進入沉礬液, 94.87%銦,97.80%鐵及絕大部分砷、銻進入沉礬渣。通過該沉礬過程,絕大部分Zn返回中浸上清液進入電解,Fe、As、Sb等雜質進入礬渣被除去,而有價金屬In大都進入礬渣,通過對礬渣后續處理回收其中的金屬In。

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Study on the Jarosite Process in Zinc Hydrometallurgy

LI Hong-bing1,ZHOU Zhi-hui2,CHEN Zhi-fei1, NINGShun-ming1,YUAN Tie-chui2

(1.Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy,Changsha410012,China;2.National Key L ab f or Pow der Metallurgy,Central South University,Changsha410083,China)

Jarosite process can effectively extract zinc from zinc concentrate with high concentration of iron,arsenic and antimony.Jarosite slag forming is the key step in the process.It not only forms the jarosite slag riched indium,but also can supply solution which can be used in neutral leaching.The main purpose is to remove iron,indium,excessiveand some other impurities.Jarosite process to handle zinc concentrate with high concentration of iron and indium was studied,the variation of impurities in the process was obtained,also,the mechanism was preliminary analyzed.The result show that 92.3%zinc entered in solution,94.87%indium,97.80%iron and the most of arsenic and antimony entered to the slag.

jarosite process;jarosite slag;deironing,leaching;indium

TF813

A

1003-5540(2010)04-0027-03

黎紅兵(1974-),男,工程師,主要從事濕法冶金工藝研究工作。

2010-04-10