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铅锌金属是我国国民经济发展的重要基础材料,由于我国铅锌矿产资源贫矿多、富矿少、伴生组分复杂,在选冶过程中产生了大量的铅锌尾矿,受选冶技术限制,尾矿中仍含有一定量的有价元素随尾矿排入尾矿库堆存,不仅造成了资源的巨大浪费,也给周边的生态环境带造成严重的威胁。论文以凡口铅锌矿锌尾溢流尾矿为研究对象,在对尾矿资源特征和矿物特性分析的基础上,根据有价元素的赋存状态与物理化学特性,从氧化焙烧、还原-磁选、焙烧-浸出、萃取沉淀等方面开展了铅锌尾矿资源综合回收利用技术研究,拟通过铅锌尾矿中低品位有价元素的高效回收与综合利用实现其无害化、资源化与减量化。 凡口铅锌矿锌尾溢流尾矿元素组成分析结果显示,尾矿中含有S、Fe、Pb、Zn、Ag、Ga等有价资源,尾矿中的重金属化学形态分析结果表明尾矿中的重金属对环境存在潜在的污染风险,同时,其净产酸潜力高达528.68 kg H2SO4/t,进一步加大了铅锌尾矿的重金属污染风险。铅锌尾矿矿物组成和赋存状态研究发现,尾矿中的金属元素铁、铅和锌主要以硫化态的形式赋存于黄铁矿、方铅矿和闪锌矿中,且其粒径较细,大部分与其它矿物连生,较难分选。为了实现尾矿的资源化和无害化,确定采用先分离回收硫和铁,再浸出回收其它有价金属资源的处理的工艺。 在尾矿矿物组成与赋存状态分析结果基础上,采用2kg/h小型回转炉,考察了焙烧温度、停留时间、填充率、气固比等工艺参数对焙烧回收硫效果的影响,结果显示,在最佳条件下,尾矿脱硫率达到99.0%,烟气中SO2浓度为5.58%-5.70%,达到烟气制硫酸的要求。针对焙烧渣中铁含量达到29.43%且主要以Fe2O3形态存在的情况,考察了还原焙烧温度、配煤比、磁场强度等因素对焙烧渣磁化与磁选效果的影响,同时,通过对还原焙烧过程铁及其它金属赋存形态变化的分析,解析了不同金属元素在还原焙烧-磁选过程的变化特点和迁移规律,并据此对还原焙烧-磁选工艺参数进行优化,结果显示,在最佳工艺条件下,所得铁精矿铁含量高达62.14%,铁回收率达到82.16%,有效实现了铅锌尾矿中铁的分离回收,同时可将焙烧渣中Ag、Ga、Pb等富集于磁选尾矿中,富集比分别达到1.64、1.39和1.35,为下一步回收奠定基础。 根据磁选尾矿中有价金属的形态和浸出特征,考察了焙烧温度、浸出剂种类和浓度、氯化剂添加量、浸出温度,液固比、浸出时间等工艺参数对浸出效果的影响,结果显示,磁选尾矿在900℃下焙烧30min后,以4 mol/L HCl为浸出剂,以1 mol/LNaCl为添加剂,在最佳条件下浸出,Ag、Ga、Pb的一次浸出率可达84.39%、80.76%和70.47%,在此基础上开发的循环浸出工艺,有效实现了主要有价金属的浸出提取。根据浸出液的特点,以TOA为萃取剂、TBP为协萃剂、以NaCl和NaNO3为反萃剂对浸出液中Fe、Pb、Zn、Ag和Ga进行了萃取与分离研究,分别获得了含Pb、Ag的反萃液和含Fe、Ga和Zn的反萃液;反萃液经分步沉淀处理可分别获得Ag含量2.17%、Pb含量51.07%的银铅沉淀产品、Pb含量61.55%的铅沉淀产品、Fe含量53.36%、Ga含量0.13%的镓铁沉淀产品及Zn含量53.02%的锌沉淀产品,达到精矿品位要求。 根据铅锌尾矿资源综合回收利用工艺,结合物料平衡,最终可回收产品包括98%硫酸0.69 t/t、含铁62%的铁精矿0.35t/t、银铅沉淀产品1.3 kg/t、铅沉淀产品5.3 kg/t、镓铁沉淀产品35.6 kg/t、锌沉淀产品3.4 kg/t。回收过程中产生的废水主要为沉淀上清液和萃余液,上清液可循环用作反萃液,萃余液可返回配制浸出液;废气主要为焙烧烟气和烟尘,SO2烟气用于制硫酸,烟尘可捕集后作为浸出物料以进一步回收有价金属;废渣主要为浸出渣,浸出渣符合国家标准中危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别标准,且其中含有高含量的SiO2可进行进一步的资源回收利用。对铅锌尾矿资源综合利用工艺的初步经济性分析可以发现,铅锌尾矿的综合利用可以产生一定的经济效益。可见,该工艺可基本实现铅锌尾矿的污染治理与资源综合利用,为矿山的可持续发展提供技术支持。