云南某氧硫混合鋅精礦硫酸浸出工藝研究①

鎮偲遠， 張國范，2， 馮海港， 王夢濤

（1.中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙410083； 2.戰略含鈣礦物資源清潔高效利用湖南省重點試驗室，湖南 長沙410083）

自然界中鋅資源主要以硫化鋅和氧化鋅形式存在。 氧化鋅礦物是鋅的次生礦，主要以菱鋅礦（ZnCO3）、異極礦［Zn4Si2O7·（OH）·H2O］和硅鋅礦（ZnSiO3）形式存在［1］。 氧化鋅礦種類多，礦石結構復雜，伴生組分很不穩定，彼此摻雜伴生，嵌布粒度較細，泥化現象較嚴重，且一般品位較低，選礦富集困難，回收率低［2］。 而硫化鋅礦物則較易通過選礦進行富集［3-4］。 浮選所得鋅精礦主要通過焙燒?浸出［5-6］以及常壓、加壓浸出［7-9］實現鋅的回收。

云南某氧硫同步浮選所得混合鋅精礦，總鋅品位21.63%，其中氧化鋅礦物占比76.71%，硫化鋅礦物占比22.75%，本文針對該鋅精礦開展了浸出試驗研究。

1 試 驗

1.1 試驗原料

試驗樣品為云南蘭坪某低品位氧化鉛鋅礦同步浮選所得混合鋅精礦，細度-0.074 mm 粒級占92.8%，顏色為淺褐色。 樣品多元素分析和X 射線衍射分析結果分別如表1 和圖1 所示。 從表1 看出，鋅精礦鋅含量21.63%，待脫除元素分別為硅和鈣，品位分別為9.92%和13.45%。 由圖1 可知，樣品中主要金屬礦物為菱鋅礦、閃鋅礦、方鉛礦、褐鐵礦以及黃鐵礦；脈石礦物以石英和方解石居多，次為長石、白云石、云母和高嶺石等。

圖1 混合鋅精礦X 射線衍射分析結果

表1 混合鋅精礦化學多元素分析結果（質量分數）／%

該氧硫混合精礦中含鋅礦物物相分析結果見表2。由表2 看出，鋅主要以氧化鋅形式存在，占76.71%；其次以硫化鋅形式存在，占22.75%；極少量鋅以鋅鐵尖晶石以及硫酸鋅形式存在。

表2 混合鋅精礦中鋅物相分析結果

1.2 試驗原理

該混合鋅精礦主要為氧化鋅和硫化鋅，氧化鋅易溶于酸性溶液，因此可通過酸浸提取氧化鋅，當使用硫酸作為浸出劑時，發生的反應為：

酸量越高反應越劇烈，反應速率和浸出率也會升高，但當加入的硫酸過量時，礦石中的鐵和硅也會大量溶出，同時可溶性硅酸凝聚脫水， 會降低浸渣過濾速度［10］，所以通過控制浸出條件，在盡可能浸出氧化鋅的同時，避免產生膠質SiO2［11］，從而達到良好的浸出指標。 采用硫酸浸出時，鋅的理論浸出率為76.71%。

1.3 試驗儀器與方法

實驗室小型試驗：每次稱取20 g 礦樣置于燒杯中，在恒溫磁力攪拌器上進行實驗。 控制攪拌速度，使精礦樣在浸出過程中充分分散；采用逐漸連續加酸的方式向燒杯中加入適量硫酸，避免反應過于劇烈；控制浸出溫度，反應一定時間；浸出后進行沉降，后用布氏漏斗進行固液分離，待過濾完成后，對濾餅進行洗滌，再次過濾，取濾液和濾渣進行分析，測定Zn 等主要元素含量，通過計算確定Zn 浸出率。

連續擴大試驗：每次稱取8 kg 鋅精礦按實驗室小型試驗所得優化條件進行浸出，試驗均在攪拌桶中進行，浸出后進行沉降，沉降完成后用壓濾機進行過濾，浸出渣進行洗滌處理并再次沉降過濾，對得到的浸出液、洗滌液測定pH 值以及Zn 含量，對浸出渣進行工藝礦物學分析并計算Zn 浸出率。

2 試驗結果與討論

2.1 酸量對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

本試驗酸量指每1 kg 鋅精礦中加入的濃硫酸（100%）質量。 浸出溫度25 ℃、液固比5 ∶1、攪拌速度300 r／min、浸出120 min，酸量對浸出效果的影響如圖1 所示。 由圖1 可以看出，隨著酸量增加，鋅浸出率大體呈上升趨勢。 當酸量為245 g／kg 時，鋅浸出率為38.34%；當酸量為470 g／kg 時，鋅浸出率為70.6%，與理論浸出率相近；繼續增加酸量，浸出率變化不大，當酸量為980 g／kg 時，鋅浸出率為74.60%，僅提高了4 個百分點。 酸量增加，會導致浸出液中殘酸增加，pH值過低，后續工序所需的中和劑消耗量增多，渣量增多［12］。 綜合考慮，確定后續試驗酸量為470 g／kg。

圖2 酸量對浸出率的影響

2.2 液固比對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

酸量為470 g／kg，其他條件不變，液固比對浸出效果的影響如圖3 所示。 由圖3 可知，液固比從2.5 ∶1變化到5 ∶1時，鋅浸出率變化不大；繼續增加液固比，浸出率反而下降，主要原因是隨著液固比增加，在固體量和酸量不變的情況下，浸出劑硫酸的濃度逐漸降低，由此導致浸出率下降。 綜合考慮，確定浸出液固比為2.5 ∶1，即5 ∶2。

圖3 液固比對浸出率的影響

2.3 浸出時間對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

液固比5 ∶2，其他條件不變，浸出時間對浸出效果的影響如圖4 所示。 由圖4 可知，浸出時間小于60 min時，浸出率隨著浸出時間增加而增加，適當延長反應時間有助于提高Zn 浸出率；浸出時間達到60 min 后再延長時間，浸出率變化不大。 因此，確定浸出時間為60 min。

圖4 浸出時間對浸出率的影響

2.4 攪拌強度對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

浸出時間60 min，其他條件不變，攪拌強度對浸出效果的影響如圖5 所示。 攪拌可使擴散層厚度減薄，溶劑（硫酸）容易通過擴散層到達顆粒表面，與金屬化合物發生化學反應，從而加強兩相流動，使礦物在液體中充分分散，加強傳質過程［13］。 由圖5 可見，攪拌轉速200 r／min 時，浸出效果較好；繼續提高攪拌強度，浸出率反而下降。 因此，確定攪拌強度為200 r／min。

圖5 攪拌強度對浸出率的影響

2.5 浸出溫度對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

攪拌強度200 r／min，其他條件不變，浸出溫度對浸出效果的影響如圖6 所示。 由圖6 看出，浸出溫度從30 ℃上升到80 ℃，浸出率在68.82%～71.59%范圍內波動，變化幅度不大，這是因為氧化鋅礦物浸出的反應速度常數很大，擴散不是主要影響因素［12］。 溫度對鋅浸出率影響不大，而且溫度升高會增加生產成本，因此，確定浸出溫度為25 ℃。

圖6 浸出溫度對浸出率的影響

2.6 洗滌次數對氧硫混合鋅精礦浸出的影響

浸出溫度25 ℃，其他條件不變，洗滌次數對浸出效果的影響如圖7 所示。 由圖7 可以看出，通過1 次洗滌，洗滌液中鋅濃度從73.45 g／L 降到了0.776 g／L，洗滌2 次和3 次后，洗滌液中鋅濃度分別為0.035 g／L和0.025 g／L；經過洗滌，濾液pH 值逐漸上升，洗滌1 次pH 值由1.47 上升到了5.46。 從洗滌結果來看，只需1 次洗滌，考慮到洗滌過程中Fe3+和Al3+可能析出，綜合考慮，確定洗滌次數為2 次。

圖7 洗滌次數對浸出效果的影響

3 連續擴大浸出?洗滌試驗

通過單因素試驗，得到了適宜的工藝條件為：酸量470 g／kg、液固比5 ∶2、攪拌強度200 r／min、浸出時間60 min、浸出溫度25 ℃、洗滌次數2 次。 在此條件下，實驗室小型試驗中Zn 浸出率可保持在70%左右。 在此工藝參數基礎上開展了氧硫鋅混合精礦連續擴大浸出試驗，采用兩段逆流浸出?兩段逆流洗滌的新工藝處理流程，見圖8。

圖8 氧硫混合鋅精礦擴大連續浸出操作流程

經過3 次擴大浸出連續試驗，Zn 總平均浸出率達到了75.58%，接近理論浸出率76.71%，說明浸出反應較完全。 洗滌2 次得到的浸出渣中Zn 含量為7.20%；浸出液平均pH 值為3.0，平均Zn 含量保持在71 g／L左右，Zn 得到了很好富集。 對浸出渣進行了多元素分析、鋅物相分析以及X 射線衍射分析，結果如表3 ～4所示。

表3 浸出渣多元素分析結果（質量分數）／%

表3 結果表明，浸出渣中主要含有硅、硫、鈣、鐵、鋅、鉛，其中有用金屬鋅含量為7.20%，鉛含量為2.45%。

表4 結果表明，浸出渣中87.56%的鋅以硫化鋅形式存在，僅有9.20%以氧化物形式存在，由于與酸反應較慢，該組分應該是硅酸鋅。 同時由浸出渣X 射線衍射分析結果（見圖9）可見，浸出渣中主要金屬礦物為閃鋅礦以及方鉛礦，脈石主要為石膏以及石英。 對于其中鉛鋅，后續可以采用浮選的方式進一步回收。

表4 浸出渣鋅物相分析結果

圖9 浸出渣X 射線衍射分析結果

4 結 論

1） 云南蘭坪某鋅精礦屬氧化鋅、硫化鋅混合鋅精礦，鋅品位為21.63%，其中氧化鋅礦占76.71%、硫化鋅礦占22.75%。

2） 采用硫酸浸出混合鋅精礦，適宜工藝條件為：酸量470 g／kg、液固比5 ∶2、攪拌強度200 r／min、浸出時間60 min、浸出溫度25 ℃以及洗滌次數2 次，在此條件下，Zn 浸出率可保持在70%左右。

3） 連續擴大浸出試驗采取兩段逆流浸出?兩段逆流洗滌的工藝，取得了Zn 總浸出率75.58%（理論浸出率為76.71%）的成果，濾液中鋅得到富集，終點pH 值為3 左右；濾渣中的Zn 含量7.20%，其中87.56%為硫化鋅，可通過浮選進一步回收。