论文部分内容阅读
摘要：锌氧压浸出工艺是我国铅锌矿镓锗回收的主要用工艺之一，针对锌氧压浸出工艺在镓锗浸出方面回收率较低的情况，对锌氧压浸出工艺进行适当改进非常必要。因此，本文以锌氧压浸出工艺原理出发，以提高镓锗回收率为目的，以凡口铅锌矿为例，阐述了锌氧压浸出工艺改进过程，以期为锌氧压浸出工艺的有效实施提供良好的借鉴。
关键词：锌氧压浸出工艺;镓;锗;回收率
前言：
相较于传统炼锌工艺而言，锌氧压浸出工艺突出的环保、流程短、综合回收效益高、可靠稳定等特点。但是随着锌氧压浸出工艺在我国硫化锌矿中的广泛应用，锌氧压浸出工艺在镓锗浸出方面回收率较低。据此，为保证锌氧压浸出工艺的有效实施，对锌氧压浸出工艺进行优化分析非常必要。
一、鋅氧压浸出工艺概述
锌氧压浸出工艺主要是由一个简单的基本电化学反应完成的。即在一定温度及氧压下，铅锌矿与加入溶液中废弃电解液发生反应，锌转化到溶液中成为可溶性硫酸盐。在具有充足加速氧传递介质（铁离子）的情况下，反应速度较快。在浸出时铅锌矿中镓锗元素与多种微量元素浸出在溶液中[1]。此时铅锌矿中铁会与硫酸、氧气反应，生成硫化物及硫酸。在较高酸度氧气及温度的情况下，铁矿可被氧化为元素铅。而在低酸环境中三价铁可被水解为不溶于水的硫酸铅及水合氢氧化物沉淀。
二、锌氧压浸出工艺改善措施
1、凡口铅锌矿概述
凡口铅锌矿主要化学元素成分如表1所示：
2、凡口铅锌矿氧压浸出工艺改进流程
由于凡口铅锌矿为多种金属硫化矿，因此在氧压浸出工艺改进过程中，凡口铅锌矿可依据磨矿——一段氧压浸出——一段浸出液——中和置换——除铁——净化除杂——锌电积——电锌成品。同时对于一段氧压浸出后产生的一段浸出渣可经二段氧压浸出生成富含铅及银的二段浸出渣（铅银渣）及二段浸出液进行循环浸出处理。
3、凡口铅锌矿锌氧压浸出工艺改进措施
由表1可知，凡口铅锌矿镓锗浸出率较低，针对这一问题，我厂浸出车间和质控车间联合攻关：首先，从一段矿浆入手，根据合理矿浆浓度与矿浆在氧压釜中反应速度的关系，控制一段矿浆浓度在68-70%之间，以保证后期生产阶段对反应釜温度、反应釜压力的有效控制。同时由于矿粒表面需要进行多项浸出反应，为保证浸出反应结果，根据一段矿浆粒度与总浸出率之间的联系。可在保证浸出率的情况下，最大程度控制矿粒细度。并选择较低的反应釜压力、温度。在这个基础上，采用性能较稳定且效率较高的砂磨机器。在砂磨机器运行过程中，利用输送泵，将矿浆从筒体底部泵入筒体内。此时在一定压力环境下，矿浆会产生上下对流。随后在加压及锆珠高速旋转交错影响下，矿浆会发生乳化、揉搓、分散变化，继而得到44μm的矿浆[2]。需要注意的是，磨矿阶段锆珠、磨盘损耗程度与矿浆粒径呈正相关，根据所需矿浆细度，每间隔90天左右进行一次磨盘的更换，并定期添加锆珠。
其次，在一段矿浆及电解废液在高压反应釜反应过程中，其可生成硫酸锌、水、单质硫。随后在一段氧压进出反应中一段矿浆中镓锗与其他微量元素在溶液中参与浸出，可得到三价铁离子。依据以上反应过程，氧压反应釜反应阶段，通过调高反应釜内温度、氧气压力并降低酸度，可以促使二价铁离子发生氧化反应，生成三价铁离子。而三价铁离子极易被水解为铁矾沉降。在铁矾沉降后镓锗可与铁发生反应，共同沉淀进入二段底流，阻碍镓锗回收。基于此，技术人员可以最大程度控制溶液内铁的含量，同时调高酸碱度，避免铁沉降对镓锗回收率的影响。
再次，考虑到锌粉直接置换溶液中镓锗锌粉损耗量较大且易产生氢气，因此，攻关小组通过将中和后溶液酸度降至4.0g/L左右。同时为避免溶液中酸浓度过低导致三价铁离子发生水解反应，攻关小组在保证中和剂粒度足够细的情况下，尽量选择含铁量少或者没有铁离子的中和剂。必要情况下，可以控制中和后三价铁离子在300-350mg/L左右，保证镓锗浸出率。
最后，在镓锗置换阶段，攻关小组可采用标准电极电位较低的金属（如锌），从溶液中置换标准电极电位较高的镓锗金属。具体反应过程为：在置换搅拌槽内添加锌粉，通过置换反应将中和后溶液中的镓锗金属元素置换出来。随后控制置换阶段溶液酸碱值在5.0-5.2左右，反应槽内温度在85-90℃左右。同时采用液用压滤机进行压滤操作，以避免置换后液镓锗含量过高对后期工作效益的影响。
4、凡口铅锌矿浸出工艺改进效果
自丹冶厂启用中和浓密池之后，有效的控制了中和酸，镓锗回收率不断提升。截止至目前为止凡口铅锌矿镓锗回收率已分别提升至45%、80%，具有较高的经济效益。在提高镓锗金属回收率的同时，改进后的氧压浸出工艺综合回收效果也有了明显的上升。且改进后氧压浸出工艺可有效提升铅、银、铜、铟等稀有贵金属浸出率、回收率。同时由于改进后氧压浸出工艺去除了大量沸腾焙烧、挥发窖渣等工艺，流程较短且占地面积较小，具有较好的环保效果。
总结：
综上所述，在近几年的发展进程中，我国锌的生产能力快速上升，国内锌原料市场供应也趋于紧张，只有依赖进口才可以满足我国市场对铅锌精矿的需求。随之而来的是铅锌矿品位的逐步下降及处理难度的逐步上升。基于此，相关铅锌矿企业应在以往氧压浸出工艺的基础上，借鉴以往工作经验，不断改进优化，促使氧压浸出工艺可以适应银、铜、铟等各种复杂成分的原理，提高镓锗浸出、回收率，为我国企业原料来源选择灵活性的提升提供依据。
参考文献
[1]左小红，何醒民. 一段锌氧压浸出与焙烧浸出工艺的比较[J]. 铜业工程，2015（4）：62-66.
[2]阳伦庄，黄光. 锌冶炼稀散金属富集渣综合回收的工艺设计[J]. 湖南有色金属，2015（4）：42-46.
[3]张乐如，等.铅锌冶炼新技术.长沙：湖南科学技术出版社，2006：147～148.
[4]王吉坤，周廷熙.硫化锌精矿加压酸浸技术及产业化.北京：冶金工业出版社，2005：125～128.
[5]邓孟俐.硫化锌精矿加压浸出元素硫的形成机理及硫回收工艺的研究.工业设计与研院，008（2）：14～18
（作者单位：深圳市中金岭南金属有限责任公司丹霞冶炼厂）
关键词：锌氧压浸出工艺;镓;锗;回收率
前言：
相较于传统炼锌工艺而言，锌氧压浸出工艺突出的环保、流程短、综合回收效益高、可靠稳定等特点。但是随着锌氧压浸出工艺在我国硫化锌矿中的广泛应用，锌氧压浸出工艺在镓锗浸出方面回收率较低。据此，为保证锌氧压浸出工艺的有效实施，对锌氧压浸出工艺进行优化分析非常必要。
一、鋅氧压浸出工艺概述
锌氧压浸出工艺主要是由一个简单的基本电化学反应完成的。即在一定温度及氧压下，铅锌矿与加入溶液中废弃电解液发生反应，锌转化到溶液中成为可溶性硫酸盐。在具有充足加速氧传递介质（铁离子）的情况下，反应速度较快。在浸出时铅锌矿中镓锗元素与多种微量元素浸出在溶液中[1]。此时铅锌矿中铁会与硫酸、氧气反应，生成硫化物及硫酸。在较高酸度氧气及温度的情况下，铁矿可被氧化为元素铅。而在低酸环境中三价铁可被水解为不溶于水的硫酸铅及水合氢氧化物沉淀。
二、锌氧压浸出工艺改善措施
1、凡口铅锌矿概述
凡口铅锌矿主要化学元素成分如表1所示：
2、凡口铅锌矿氧压浸出工艺改进流程
由于凡口铅锌矿为多种金属硫化矿，因此在氧压浸出工艺改进过程中，凡口铅锌矿可依据磨矿——一段氧压浸出——一段浸出液——中和置换——除铁——净化除杂——锌电积——电锌成品。同时对于一段氧压浸出后产生的一段浸出渣可经二段氧压浸出生成富含铅及银的二段浸出渣（铅银渣）及二段浸出液进行循环浸出处理。
3、凡口铅锌矿锌氧压浸出工艺改进措施
由表1可知，凡口铅锌矿镓锗浸出率较低，针对这一问题，我厂浸出车间和质控车间联合攻关：首先，从一段矿浆入手，根据合理矿浆浓度与矿浆在氧压釜中反应速度的关系，控制一段矿浆浓度在68-70%之间，以保证后期生产阶段对反应釜温度、反应釜压力的有效控制。同时由于矿粒表面需要进行多项浸出反应，为保证浸出反应结果，根据一段矿浆粒度与总浸出率之间的联系。可在保证浸出率的情况下，最大程度控制矿粒细度。并选择较低的反应釜压力、温度。在这个基础上，采用性能较稳定且效率较高的砂磨机器。在砂磨机器运行过程中，利用输送泵，将矿浆从筒体底部泵入筒体内。此时在一定压力环境下，矿浆会产生上下对流。随后在加压及锆珠高速旋转交错影响下，矿浆会发生乳化、揉搓、分散变化，继而得到44μm的矿浆[2]。需要注意的是，磨矿阶段锆珠、磨盘损耗程度与矿浆粒径呈正相关，根据所需矿浆细度，每间隔90天左右进行一次磨盘的更换，并定期添加锆珠。
其次，在一段矿浆及电解废液在高压反应釜反应过程中，其可生成硫酸锌、水、单质硫。随后在一段氧压进出反应中一段矿浆中镓锗与其他微量元素在溶液中参与浸出，可得到三价铁离子。依据以上反应过程，氧压反应釜反应阶段，通过调高反应釜内温度、氧气压力并降低酸度，可以促使二价铁离子发生氧化反应，生成三价铁离子。而三价铁离子极易被水解为铁矾沉降。在铁矾沉降后镓锗可与铁发生反应，共同沉淀进入二段底流，阻碍镓锗回收。基于此，技术人员可以最大程度控制溶液内铁的含量，同时调高酸碱度，避免铁沉降对镓锗回收率的影响。
再次，考虑到锌粉直接置换溶液中镓锗锌粉损耗量较大且易产生氢气，因此，攻关小组通过将中和后溶液酸度降至4.0g/L左右。同时为避免溶液中酸浓度过低导致三价铁离子发生水解反应，攻关小组在保证中和剂粒度足够细的情况下，尽量选择含铁量少或者没有铁离子的中和剂。必要情况下，可以控制中和后三价铁离子在300-350mg/L左右，保证镓锗浸出率。
最后，在镓锗置换阶段，攻关小组可采用标准电极电位较低的金属（如锌），从溶液中置换标准电极电位较高的镓锗金属。具体反应过程为：在置换搅拌槽内添加锌粉，通过置换反应将中和后溶液中的镓锗金属元素置换出来。随后控制置换阶段溶液酸碱值在5.0-5.2左右，反应槽内温度在85-90℃左右。同时采用液用压滤机进行压滤操作，以避免置换后液镓锗含量过高对后期工作效益的影响。
4、凡口铅锌矿浸出工艺改进效果
自丹冶厂启用中和浓密池之后，有效的控制了中和酸，镓锗回收率不断提升。截止至目前为止凡口铅锌矿镓锗回收率已分别提升至45%、80%，具有较高的经济效益。在提高镓锗金属回收率的同时，改进后的氧压浸出工艺综合回收效果也有了明显的上升。且改进后氧压浸出工艺可有效提升铅、银、铜、铟等稀有贵金属浸出率、回收率。同时由于改进后氧压浸出工艺去除了大量沸腾焙烧、挥发窖渣等工艺，流程较短且占地面积较小，具有较好的环保效果。
总结：
综上所述，在近几年的发展进程中，我国锌的生产能力快速上升，国内锌原料市场供应也趋于紧张，只有依赖进口才可以满足我国市场对铅锌精矿的需求。随之而来的是铅锌矿品位的逐步下降及处理难度的逐步上升。基于此，相关铅锌矿企业应在以往氧压浸出工艺的基础上，借鉴以往工作经验，不断改进优化，促使氧压浸出工艺可以适应银、铜、铟等各种复杂成分的原理，提高镓锗浸出、回收率，为我国企业原料来源选择灵活性的提升提供依据。
参考文献
[1]左小红，何醒民. 一段锌氧压浸出与焙烧浸出工艺的比较[J]. 铜业工程，2015（4）：62-66.
[2]阳伦庄，黄光. 锌冶炼稀散金属富集渣综合回收的工艺设计[J]. 湖南有色金属，2015（4）：42-46.
[3]张乐如，等.铅锌冶炼新技术.长沙：湖南科学技术出版社，2006：147～148.
[4]王吉坤，周廷熙.硫化锌精矿加压酸浸技术及产业化.北京：冶金工业出版社，2005：125～128.
[5]邓孟俐.硫化锌精矿加压浸出元素硫的形成机理及硫回收工艺的研究.工业设计与研院，008（2）：14～18
（作者单位：深圳市中金岭南金属有限责任公司丹霞冶炼厂）