CN101709386A

CN101709386A - 用高硅氧化锌矿生产锌的方法

Info

Publication number: CN101709386A
Application number: CN200910161746A
Authority: CN
Inventors: 王吉坤; 阎江峰; 彭建蓉; 张安福; 朱国帮; 赵群; 张红耀; 孟波
Original assignee: Yunnan Metallurgical Group Co Ltd
Current assignee: Yunnan Metallurgical Group Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-05-19

Abstract

本发明提供了一种利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，包括如下步骤：研磨高硅氧化锌矿并与水混合，混合质量比0.7～0.8∶1，并预热到40～60℃，制成热矿浆；将浓度为150～220g/L的H₂SO₄溶液预热到40～90℃；将热矿浆和热硫酸溶液按体积比1∶3～5连续输送到反应容器中，通入空气使得所述反应容器内压力为0.4MPa-0.8MPa，温度维持在80℃～130℃，搅拌速度200～300转/min，反应时间30min～180min，进行锌的浸出；从所述反应容器内排出的浸出浆液，经液固分离形成浸出溶液，后采用常规湿法炼锌工艺处理所述浸出溶液，以除铁、净化、电积、熔铸，产出金属锌。利用本法生产金属锌，具有浸出效率高、安全性高、反应条件易于实现、生产成本低等特点。

Description

用高硅氧化锌矿生产锌的方法

技术领域

本发明涉及高硅氧化锌矿的冶金技术，具体说是采用空气加压酸浸处理高硅氧化锌矿生产锌的方法。

背景技术

氧化锌矿主要是指硅酸锌矿(Zn₂SiO₄)、异极矿[Zn₄(Si₂O₇)(OH)·H₂O]和菱锌矿(ZnCO₃)等。我国有丰富的氧化锌矿资源，尤其是在中国云南地区，几乎遍布于省内各个地区，但大都属于高硅型氧化锌矿，即锌矿中5％以上的Zn以硅酸锌形态存在。

此类矿石由于含锌品位远远低于硫化锌矿，因此利用其生产锌的工艺较为复杂。早些时候多采用火法富集处理，但由于其燃料消耗指标高、劳动条件恶劣、环境污染严重、基建投资大等问题受到限制。

目前，湿法炼锌技术因其流程短、操作简单等优点逐渐成为开发利用研究的主要方向。湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。以氧化锌矿石、利用湿法工艺炼锌的主要问题是氧化锌矿石中含有大量与氧化锌结合的硅元素，二氧化硅在矿石浸出时溶出，容易形成溶胶，甚至凝胶，这给沉降和过滤操作带来极大的困难。

几十年来人们围绕着如何获得易于过滤的矿浆，做了大量的工作，而解决这一问题的根本原则可归结为两方面：即矿石浸出时如何避免或尽量阻止硅溶胶的形成；以及当矿浆中溶胶形成后，怎样促使其有效沉降分离，改善过滤性能。目前工业上常用稀硫酸溶液(废电解液)直接浸出高硅氧化锌矿，使锌和硅分别以硫酸锌和硅酸形态进入溶液。而解决矿浆过滤问题则分别采取不同的措施，如使二氧化硅中和絮凝沉淀、或用结晶法使二氧化硅形成结晶状沉淀、或采用预先沉淀的晶形硅做晶种促使二氧化硅沉淀析出、或控制矿石浸出过程中的pH使硅不溶或少溶解，从而改善了矿浆的过滤性能。

中国专利申请CN200810233609.8“高硅氧化锌原矿湿法冶炼工艺”公开了一种高硅氧化锌原矿湿法冶炼工艺，用湿法炼锌流程的废电解液进行酸性浸出，同时根据二价铁离子含量，在浸出段加入高锰酸钾/或二氧化锰，浸出后的矿浆加入絮凝剂进行絮凝和浓缩。中国专利CN02133663.6“氧化锌矿的浸出工艺”提供了一种氧化锌矿的中性浸出工艺，控制了浸出液的pH值，采用中性浸出、继而低酸浸出的方法，使得矿石中的锌被浸出，同时避免了硅、铁等杂质进入溶液。该发明硫酸耗量少，不需要中和剂，浸出液可循环使用，降低了生产成本。但上述方法处理高硅氧化锌矿时，料浆液固分离仍不能获得满意的过滤速度。

中国专利申请CN200810058404.0“一种高硅氧化锌矿的加压浸出方法”采用纯氧或富氧空气加压、高温和以500～750r/min的高速搅拌条件下，采用酸性溶液得到含锌浸出溶液，经常规成熟工艺处理后产出电锌。但该方法浸出时控制的搅拌速度过高，工业上如此高的转速难以解决高压密封问题，且转速过高会导致电机过热而被烧坏，因此实践中难以实现；此外使用工业氧气或富氧空气维持反应釜内压力，需要单独生产氧气，而且反应釜内的压力在0.8MPa以上，从而也导致密封困难，安全性降低，这必然增大投资和增加生产成本。

发明内容

由此，本发明需要提供一种利用高硅氧化锌矿冶炼锌的方法，该炼锌方法的工艺简单、生产成本低、安全性能高、矿浆过滤性能好、锌浸出率高且工业上容易实现。

为实现上述目的中的至少一个，本发明提供了一种利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，包括如下步骤：(1)研磨高硅氧化锌矿并与水混合，混合质量比0.7～0.8∶1，并预热到40～60℃，制成热矿浆；(2)将浓度为150～220g/L的H2SO4溶液预热到40～90℃；(3)将步骤(1)所得热矿浆和步骤(2)所得热硫酸溶液按体积比1∶3～5连续输送到反应容器中，通入空气使得反应容器内压力为0.4MPa-0.8MPa，温度维持在80℃～130℃，搅拌速度200～300转/min，反应时间30min～180min，进行锌的浸出；(4)从反应容器内排出的浸出浆液，经液固分离形成浸出溶液，后采用常规湿法炼锌工艺处理所述浸出溶液，以除铁、净化、电积、熔铸，产出金属锌。

根据本发明的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，矿浆和硫酸溶液都预热，便于后续浸出，反应容器内的压力维持在0.8MPa以下，反应容器内的压力较低，密封容易，安全性高，而且搅拌速度维持在200-300转/分钟以下，密封更加容易，而且通入反应容器内的是空气，无需制氧，因此成本较低，在工业上易于实现。

此外，根据本发明的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，由于矿浆和硫酸都经过了预热，因此反应容器内的温度升高到浸出所需温度需要的时间短，进一步提高了生产效率。高硅氧化锌矿中99％以上的硅保留在浸出渣中，矿浆过滤性能良好。浸出溶液经传统工艺流程处理后就可产出金属锌，处理过程简单，容易实现。

本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法中所用到的高硅氧化锌矿含锌20wt％～40wt％，其中5wt％～70wt％的锌以Zn₂SiO₄、Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O的形态存在。

本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法中所用到的高硅氧化锌矿含SiO₂5％～50％。

本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法中，其中步骤(1)中所述高硅氧化锌矿的研磨粒度为90wt％矿石过0.044mm筛。试验的结果显示，在该研磨条件下，可以保证矿石与反应溶液的接触面积最大，同时矿浆的流动性良好，易于注入反应容器之中。

本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法中，选用的反应容器可以为但不限于加压反应釜。加压反应釜可以较好地耐受反应过程中的高温、高压环境。

根据本发明的一个实施方式，本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法中，其中步骤(3)中通过将蒸汽通入反应容器以使得所述反应容器内的温度保持在预定温度。蒸汽的热能高，利用蒸汽加热效率较高。

根据本发明的一个实施方式，本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述反应容器内压力优选0.4MPa-0.6MPa。

综上所述，本发明所提供的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，具有如下特征：

1、矿浆和硫酸溶液在进入反应容器之前都经过预热，提高了浸出效率；

2、反应容器内压力低，安全性提高，便于密封；

3、反应容器内搅拌速度低，便于密封反应容器，更易在工业上实现；

4、利用价廉易得的空气维持压力，无需单独制备氧气，反应成本降低。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法的流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法的工艺流程示意图。

图中主要标号的含义如下：

1球磨机；

2预热槽；

3加压反应釜；

4固液分离机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面参考图1、图2描述根据本发明实施例的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法。

如图1所示，首先，将高硅氧化锌矿加入球磨机1进行研磨，例如磨成90％过0.044mm筛的细矿粉，然后将细矿粉移入预热槽2，加入水制成矿浆，例如矿粉与水以0.7～0.8∶1的质量比进行混合，然后对制成的矿浆进行预热，例如预热到40～60℃。

接下来，将浓度为150～220g/L的H₂SO₄溶液预热到40～90℃。由于矿浆和硫酸都经过了预热，因此反应容器内的温度升高到浸出所需温度需要的时间短，进一步提高了生产效率。

将预热后的矿浆和H₂SO₄溶液以体积比1∶3～5输送到反应容器内，例如加压反应釜3内，同时向加压反应釜3内通入空气，使加压反应釜内的压力保持在0.4MPa-0.8MPa。同时，将该反应容器的温度维持在80℃～130℃。在根据本发明的一个实施例中，可以通过向加压反应釜内通入蒸汽来维持所述温度。同时，在加压反应容器中，将搅拌速度保持在200～300转/min，反应时间30min～180min，从而进行锌的浸出。

最后，从加压反应釜3内排出浸出浆液，移入固液分离机4，经固液分离形成浸出溶液，后采用常规湿法炼锌工艺除铁、净化、电积、熔铸，产出金属锌。

根据本发明的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，由于对矿浆和硫酸溶液进行了预热，因此加压反应釜3内的温度能够迅速提高到浸出所需的温度，从而提高生产效率。而且，加压反应釜3内的压力与现有技术相比降低，从而安全性提高，并且易于密封，搅拌的速度降低，进一步便于密封加压反应釜。而且，加压反应釜3内的压力是通入空气建立的，因此无需单独制备氧气，降低了生产成本。因此，根据本发明的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，在保证浸出率的情况下，降低了成本，设备的密封容易，效率高，易于实现。

下面描述根据本发明的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法的具体实施例。

第一实施例

根据本发明的第一实施例，所使用的高硅氧化锌矿成分如下所述：Zn20％，其中Zn₂SiO₄形态存在的Zn7.82％，SiO₂17.35％，Fe 0.68％，将所述高硅氧化锌矿细磨90％过0.044mm筛。

将细磨过的高硅氧化锌矿与清水按质量比0.8∶1调浆，预热到60℃。同时将锌电解废液补加浓硫酸后、调酸浓度至220g/L，且将其预热到90℃。用隔膜计量泵和耐酸压力计量泵分别将矿浆和含锌热硫酸溶液按体积比1∶3连续输送到有效容积为25m³的工业加压釜中，通入空气维持压力0.8MPa，搅拌转速300r/min，控制温度130℃、浸出时间180min。浸出结束后，将矿浆送入闪蒸槽和中间调节槽进行降温降压，浸出矿浆进行液固分离，得到浸出液经常规成熟工艺处理后产出金属锌。

根据本发明的第一实施例，所述高硅氧化锌矿的锌浸出率高达95.23％，而硅的浸出率仅为0.51％。矿浆过滤速度达到了2000L/m².h。

第二实施例

根据本发明的第二实施例，所使用的高硅氧化锌矿中的成分为：

Zn为32.46％，其中Zn₂SiO₄形态存在的Zn为27.86％，SiO₂为27.12％，Fe为4.27％，矿磨细90％过0.044mm筛。

将磨细过的高硅氧化锌矿与清水按质量比0.7∶1调浆，预热到50℃。同时将锌电解废液补加浓硫酸调酸浓度到200g/L，预热到70℃。用隔膜计量泵和耐酸压力计量泵分别将热矿浆和含锌热硫酸溶液按体积比1∶4连续输送到有效容积为25m³的工业加压釜中，通入空气将工业加压釜内的压力维持在0.6MPa，工业加压釜内的每个室的搅拌转速达到250r/min，控制温度120℃、浸出时间120min。浸出结束后矿浆连续送入闪蒸槽和中间调节槽进行降温降压，对浸出矿浆进行液固分离，得到浸出液经常规成熟工艺处理后产出金属锌。

根据本发明的第一实施例，所述高硅氧化锌矿的锌浸出率高达97.0％，而硅的浸出率仅为0.61％。矿浆过滤速度达到了1730L/m².h。

第三实施例

根据本发明的第三实施例，所使用的高硅氧化锌矿成分如下所述：Zn40％，其中Zn₂SiO₄形态存在的Zn5.41％，SiO₂50％，Fe2.49％，矿磨细90％过0.044mm筛。

将磨细过的高硅氧化锌矿与清水按质量比0.7∶1调浆，预热到50℃。同时将锌电解废液调酸浓度到150g/L，且将其预热到60℃。用隔膜计量泵和耐酸压力计量泵分别将热矿浆和含锌热硫酸溶液按体积比1∶5连续输送到有效容积为25m3的工业加压釜中，通入空气维持压力0.5MPa，每室搅拌转速200r/min，控制温度110℃、浸出时间60min。浸出结束后矿浆连续送入闪蒸槽和中间调节槽进行降温降压，对浸出矿浆进行液固分离，得到浸出液经常规成熟工艺处理后产出金属锌。

根据本发明的第三实施例，所述高硅氧化锌矿的锌浸出率高达97.35％，而硅浸出率仅为0.39％。矿浆过滤速度达到了1650L/m².h。

第四实施例

根据本发明的第四实施例，所使用的高硅氧化锌矿中的成分为：

Zn为23.12％，其中Zn₂SiO₄形态存在的Zn为9.60％，SiO₂5.0％，Fe为0.28％，矿磨细90％过0.044mm筛。

将磨细过的高硅氧化锌矿与清水按质量比0.8∶1调浆，预热到40℃；锌电解废液调酸浓度到170g/L，预热到40℃。用隔膜计量泵和耐酸压力计量泵分别将矿浆和含锌热硫酸溶液按体积比1∶3连续输送到有效容积为25m³的工业加压釜中，通入空气维持压力0.4MPa，工业加压釜内的每个室的搅拌转速达到250r/min，控制温度80℃、浸出时间为90min。浸出结束后矿浆连续送入闪蒸槽和中间调节槽进行降温降压，对浸出矿浆进行液固分离，得到浸出液经常规成熟工艺处理后产出金属锌。

根据本发明的第四实施例，所述高硅氧化锌矿的锌浸出率高达96.5％，而硅的浸出率仅为0.65％。矿浆过滤速度达到了1180L/m².h。

为对本发明的实施例的技术效果进行比较，发明人进行了下述的对比试验，并将试验结果提供如下：

比较实施例1

通入富氧空气加压与普通空气加压对浸出率的影响

高硅氧化锌矿规格、研磨情况同实施例3。

将研好的矿石分两组，其中一组在工业加压釜中，通入普通空气以维持压力，另一组在工业加压釜中，通入富氧空气以维持压力。其他浸出步骤和参数同实施例3。浸出工艺结束后，两组矿石的浸出率和渣过滤速度的比较统计如下表：

表1反应容器内气体成分对浸出工艺的影响

从上表可以看出，在反应容器中通入普通空气和通入富氧空气，其锌的浸出率基本相同，浸出反应后，所剩矿渣的滤过速度也基本一致。这说明利用普通空气保持反应容器内压力与利用富氧空气，在保持锌的浸出率上和矿渣滤过速度上达到了基本上相同的技术目的。而普通空气的价格远远低于富氧空气和纯氧，因此本发明采用普通空气保持反应容器内压力，可以在保证反应效果的同时，降低生产成本。

比较实施例2

在比较实施例2中，主要用于对比转速、压力等对浸出效果的影响

高硅氧化锌矿规格、研磨情况同实施例4。

将研磨好的矿石分两组，其中一组矿浆和硫酸溶液经过提前预热，且在工业加压釜中，采用本发明所述低压力、低转速条件；另一组反应物不经过提前预热，且在工业加压釜中采用现有技术的高压力、高转速条件(具体条件见下表所示)，其他浸出步骤和参数同实施例4。浸出工艺结束后，两组矿石的浸出率和渣过滤速度的比较统计以及其他生产过程中的情况如下表所示：

表2反应压力和转速对浸出工艺的影响

从上表可以看出，当预设转速过高的时候，在实际工业生产过程中，搅拌电机会因过热而被烧坏，反应不能被实现。因而，本发明所述的反应物预热、反应釜内低压、低转速的反应条件，既保证了浸出效果，同时又可以在工业上实现大规模生产，由于压力较低，从而保证了整个反应釜内的压力安全，提高了生产的安全性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，包括如下步骤：

(1)研磨高硅氧化锌矿并与水混合，混合质量比0.7～0.8∶1，并将其预热到40～60℃，以制成热矿浆；

(2)将浓度为150～220g/L的H₂SO₄溶液预热到40～90℃；

(3)将步骤(1)所得热矿浆和步骤(2)所得热硫酸溶液按体积比1∶3～5连续输送到反应容器中，通入空气使得所述反应容器内压力保持为0.4MPa-0.8MPa，温度维持在80℃～130℃，搅拌速度200～300转/min，同时在反应容器中进行反应的时间保持为30min～180min以进行锌的浸出；

(4)从所述反应容器内排出的浸出浆液，经液固分离形成浸出溶液，后采用湿法炼锌工艺处理所述浸出溶液，以除铁、净化、电积、熔铸，产出金属锌。

2.根据权利要求1所述的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述高硅氧化锌矿含锌20wt％～40wt％。

3.根据权利要求2所述的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述高硅氧化锌矿中5wt％～70wt％的锌以Zn₂SiO₄、Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O的形态存在。

4.根据权利要求1所述的利用高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述高硅氧化锌矿含SiO₂ 5％～50％。

5.根据权利要求1所述的高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中步骤(1)中所述高硅氧化锌矿的研磨粒度为90wt％矿石过0.044mm筛。

6.根据权利要求1所述的高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述反应容器为加压反应釜。

7.根据权利要求1所述的高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中步骤(3)中通过将蒸汽通入反应容器以使得所述反应容器内的温度保持在预定温度。

8.根据权利要求1所述的高硅氧化锌矿生产锌的方法，其中所述反应容器内压力为0.4MPa-0.6MPa。