金狮冶金化工是一家湿法炼锌厂,采用锌精矿沸腾焙烧、烟气制酸、焙砂两段浸出、两段净化、净液电积的传统湿法工艺。在该厂200km范围内有大量中低品位的氧化锌矿,其采购成本远远低于锌焙砂,如能用于生产,将带来可观的经济效益。
对于低品位氧化锌矿来说,采用常规的酸浸工艺效果并不理想,主要是因为酸耗大、杂质多、锌浓度低、浸出液难以处理,因此低品位氧化锌矿一直没有得到很好的利用。本试验尝试采用温和的浸出工艺条件,用硫酸浸出低品位氧化锌矿,达到既浸出金属锌,又降低了杂质和酸耗的目的。
一、试验方法
(一)试验原料
原料主要化学成分(%):Zn 16.13、Cu<0.005、Fe 6.7、SiO2 16.61、Al2O3 2.39、CaO 13.99、MgO 0.95、Cd 0.21、Co 0.002、S 0.8。样品的X射线衍射分析和电镜分析结果表明主要锌矿物为菱锌矿,其次为异极矿,主要脉石矿物为方解石和石英,矿样中还有少量的天青石和重晶石。锌的化学物相(%):氧化物84.71、异极矿13.85、硫化物0.78、其它0.66。可见,这种矿物采用选矿手段进行富集是比较困难的。
(二)试验方法
1、磨矿和浸出
矿石首先在颗式破碎机中破碎,然后在XZM100型振动制样机中磨至所需的粒度。浸出试验在烧杯中进行,用恒温水浴控制所需要的温度,用可调速电动搅拌机搅拌。浸出结束后,矿浆在布氏漏斗中用真空泵抽滤,浸出液和浸出渣(烘干后)分别送样分析。
2、萃取和电积
溶剂萃取试验在分液漏斗中进行,采用3级萃取+2级反萃,萃取段和反萃段的相比(O/A)分别为2∶1和5∶1,将水相和有机相按一定的条件在康氏振荡机上混合一定的时间,然后取出分液漏斗静置、分相,分别取水相和有机相进行化学分析,平衡水相的pH采用pH5-3C型酸度计则定。
锌电积在有机玻璃制的电解槽中进行,由一台JWL-30型直流稳流器供给直流电,阳极采用Pb-Ag-Ca-Sr四元合金,阴极为铝板,同极距80mm,阴极电流密度425A/m2,电解液温度30~32℃。
二、试验结果和讨论
(一)两段浸出
为保证较高的Zn浸出率,抑制SiO2、Fe的浸出,采用两段浸出,即第一段为中性浸出,浸出温度40℃、浸出时间1h、液固比3∶1、浸出终点pH5.2~5.5,浸出液中Fe、Si、Al都可以达到比较低的含量。液固分离以后的中性浸出渣再进行酸性浸出,浸出温度80℃、浸出时间1h、液固比3∶1、浸出终点pH1.5~2.0,浸出渣洗涤后可弃去。试验结果表明(表1),采角两段逆流浸出方式,Zn的浸出率可以达到92%以上,中性浸出液中Fe、SiO2、Al2O3含量都很低,有利于后面的萃取作业。
表1 两段浸出试验结
(二)萃取试验
试验条件:有机相50% P 204+ 260#煤油,料液成分(g/L):Zn 30.15、Fe 0.014、Co 0.002、Cd 0.35、pH5.4。试验达到平衡以后萃余液和负载有机相的成分列于表2,原液、萃余液、反萃液典型物料的多元素化学分析结果见表3
表2 串级萃取试验结果
表2 串级萃取试验结果
串级试验表明,采用P204从含Zn的中性浸出液中萃取锌不仅有富集锌的作用,而且对多种杂质有净化作用。
(三)电解液中微且P204对锌电积的影响及消除
1、活性炭吸附除有机物
为了获得优质电锌,在反萃液送锌电积之前要除去其中微量的有机物,通常采用活性炭吸附法。本次试验采用北京光华木材厂生产的粒度为-0.147mm的椰壳活性炭粉。测定活性炭吸附前和吸附后的P204含量采用美国Finnigan公司生产TRACE MS 2000气相色谱一质谱联用仪。
试验结果表明:活性炭吸附前反萃液中P204的含量为264×10-6,加人2g/L活性炭粉吸附后反萃液中P204的含量减少到0.7×0-6。
2、电解液中微量的P204对锌电积的影响
锌电积是成熟的工艺,但本工艺中采用了P204萃取技术,电解液中微量的P204有机物对电锌质量是否有影响这个问题尚未见到国内外文献的报导,故本次试验对此进行了研究。
用本次试验中产出的Zn反萃液并经活性炭除有机物后的电解液进行了锌电积试验,电流3.0A,阴极面积0.00705m2,阴极电流密度425A/m2。电解液的化学成分(g/L}:Zn 102.52、H2S04 130、Fe 0.001、Cd 0.001、Mg0 0.003、Si02 0.014、Al2O3 0.06、Co 0.001、Cu 0.001、CaO 0.34,P204<l×10-6。
锌电积试验结果见表4。试验结果表明:电解液中P204的含量对阴极锌的质量有很大影响,电解液中P204的含量需控制在5.0×10-6以下才能得到表面光滑平整的阴极锌。采用本次试验产出的反萃液经过活性炭除有机物以后P204的含量小于1.0 ×10-6,在同样条件下电积得到的电锌含Zn 99.99%,表面光滑平整。
表4 锌电积试验结果
(四)综合试验指标
采用浸出-萃取-电积工序从低品位氧化锌矿生产电锌要经过破碎、磨矿、浸出、液/固分离、萃取、电积等几个工序,各工序的回收率见表5,由表5可见锌总回收率达到了88.81%。
表5 各工序Zn的回收率
三、结论
低品位氧化锌矿采用两段逆流浸出,Zn的浸出率可以达到92%~95%,杂质Cu、Fe、Si、Al的浸出有效地被抑制,浸出液用P204萃取锌、锌反萃液电积的工艺可以生产优质电锌。
控制适宜的锌电积条件,电解液中P204含量低于5×10-6时对电锌质量不会造成不利的影响。采用活性炭吸附法可以使Zn反萃液中的P204含量降低到1.0 ×10-6以下,从而对锌电积不会产生不利的影响。