硫化锌精矿的加压酸浸（二）

    B  锌精矿加压酸浸中有关硫化物的行为
    硫化锌加压浸出的基本反应是
                                     1
                         ZnS＋H₂S0₄＋——0₂ —→ZnS0₄+H₂0＋S
                                     2

    当系统内缺乏传递氧的物质时，上述反应进行得很慢，但锌精矿中铁溶解后，铁离子即是一种很好的传递氧的物质。通过铁离子的还原、氧化来加速ZnS的浸出过程。

                         ZnS＋Fe₂（S0₄）₃ —→ZnS0₄+2FeS0₄+S

                                     1
                       2FeS0₄＋H₂SO₄ ——0₂ —→Fe₂（S0₄）₃＋H₂0
                                     2

    在正常情况下，精矿中含有足够的酸溶铁，完全可以满足浸出过程的需要。磁黄铁矿（Fe₇S₈）或者铁闪锌矿（ZnFeS)中铁的氧化反应与硫化锌氧化反应类似。黄铁矿是惰性的，较难浸出，它的氧化与浸出参数有关，在高温和强氧化条件下，黄铁矿将被氧化成硫酸。
    锌精矿中铜通常以黄铜矿的形式存在，可大部分被浸出。

                     CuFeS₂＋O₂＋2H₂S0₄ —→CuS0₄＋FeS0₄＋2S＋2H₂0

    方铅矿比较容易浸出生成硫酸铅。

                                    1
                       PbS＋H₂SO₄＋——O₂ —→PbS0₄＋S＋H₂0
                                    2

    在加压浸出时精矿中非黄铁矿的硫化物一般情况下仅有5%被氧化成硫酸盐。

                                  MeS＋20₂ —→MeS0₄

    生成硫酸铅后会再生成铅铁矾、草铁矾等矾类物质，以及水合氧化铁，由溶液中析出，并使部分硫酸获得再生。
    由此可见浸出的结果是锌精矿中的锌转入溶液，铅、元素硫、铁的水解产物留在渣中。硫在浸出时的行为比较复杂，其转化产物主要形式是元素硫、硫酸和HS0₄^-。元素硫的转化率与操作条件有关，酸度高时易生成元素硫，降低酸度使反应向生成SO₄^2-和HS0₄^-方向进行，通常当pH < 2时，容易得到元素硫，当pH＞2时易于生成HS0₄^-和SO₄^2-。[next]
    C  加压浸出实践
    硫化锌精矿直接酸浸的重大进展是20世纪70年代加拿大舍利特哥顿（Sherritt Gordon)矿业公司研究开发的硫化锌精矿加压酸浸-电积工艺 ，这是全湿法炼锌工艺，可以不需精矿焙烧和SO₂回收设施的建设投资，得到的元素硫易于贮存和运输，消除了SO₂的污染及受到硫酸出路的制约。
    1977年加拿大舍利特哥顿矿业公司与科明科（Cominco )公司联合进行了硫化锌精矿加压浸出和回收元素硫的半工业试验，并在科明科公司所属的特列尔（Trail）冶炼厂建立了第一座硫化锌精矿加压酸浸工厂，设计能力为日处理精矿190t，于1981年投产。新建的加压酸浸系统与原有的传统湿法炼锌工艺流程平行运行，加压浸出的矿浆在分离元素硫后进人老系统的酸浸槽与原工艺流程合并。
    加拿大德里克（Kidd Creek Mine LTD）矿业公司炼锌厂是第二座硫化锌矿加压酸浸工厂，设计能力为日处理精矿loot，于1983年投产。德国的鲁尔锌厂是第三座硫化锌精矿加压酸浸工厂，设计能力为日处理精矿300t，于1991年投产，该厂的铁以赤铁矿的形式沉淀下来。
    锌精矿加压浸出装置包括备料、浸出、闪蒸排料、余热回收、元素硫回收等工序所需装置。特列尔锌厂的加压浸出装置如下图所示。

    进入浸出高压釜的物料主要有: 锌精矿矿浆、废电积液和氧气三种物料。该厂的锌精矿主要成分:Zn 49 %，Fe 11%，Pb 5%，S 32%。其粒度80%为-44μm。[next]
    首先将锌精矿用球磨机细磨，球磨机与水力旋流器（内衬橡胶）连接闭路循环，旋流器的溢流进入浓缩槽加入少量絮凝剂浓缩后，得到含固体量68%～70%，粒度95%为-44μm的矿浆原料。在矿浆搅拌槽里向矿浆加入表面活性剂，最后用泵送入到高压釜第一室。
    废电积液配入浓硫酸，将浓度调到含硫酸165 g/L，与矿浆闪蒸排料槽产出的蒸汽进行热交换，将酸的温度由30℃左右提高到70℃。加压浸出用的氧气纯度为98%，由制氧装置提供。
    浸出高压釜如下图所示，直径3.7m，长15.2m，容积103m³，壳体为低碳钢，内衬铅、耐高温涂料和耐酸砖。高压釜有四个室，每个室均有一个搅拌器和隔板。

    浸出时进行搅拌，固体颗粒保持悬浮状态，使氧气与矿浆充分混合，锌精矿矿浆和大部分废电积液被泵入第一室，经耐酸砖溢流堰依次由上一室进入下一室，最后进入闪蒸槽。
    氧气由前面三个室加入，惰性气体如N₂, C0₂随蒸汽从第一室连续排出以防止其积累。特列尔锌厂高压釜典型操作参数如下：
    精矿处理量                         190t/d
    精矿／电积液                       145g/L
    总压                              1300kPa
    温度                              140～155℃
    精矿停留时间                       100min
    排气中氧含量（干量）                85%
    浸出终液H₂SO₄                      含量30g/L
    浸出终液含Fe量                     5g/L[next]
    这里的精矿处理量指设计能力，该厂20世纪80年代中期已达到设计能力的250%。浸出温度主要由精矿反应热提供，为了维持高压釜中的热平衡，进入第一室的废电积液进行预热，不预热的废电积液加入第二室。
    闪蒸槽的作用有：使高压釜矿浆降至大气压；使闪蒸蒸汽与热矿浆分离以及回收闪蒸蒸汽热量用以预热进人高压釜的废电积液。闪蒸槽与热回收系统如下图所示。

    高压釜排出矿浆的温度约115℃，蒸汽经除雾器后送往换热器与配好的酸进行热交换。闪蒸后矿浆的体积约减少8%，再进入调节槽，矿浆用蛇管冷却到80℃，元素硫此时由无定形转变为单斜晶体。
    调节槽中矿浆经水力旋流器分级，溢流主要为硫酸锌溶液及铅铁矾和少量元素硫（小于lg/L)等物质，送焙砂浸出系统。旋流器的底流为富硫矿浆（浸出矿浆中有98%的硫均入底流），用浮选法选出精矿，浮选的尾矿与主矿浆系统合并。
    硫精矿经过滤洗涤之后与脏硫一起装入锥形熔锅，熔锅中的熔体排入一个装脏硫的地坑，最后由压滤机过滤得到元素硫（S99.7%）及一些残渣。