CN104178642B - 一种分离锌浸出渣中锌和铁的方法 - Google Patents

Abstract

一种分离锌浸出渣中锌和铁的方法，本发明首先将锌浸出渣与硫酸铵、添加剂混合后进行焙烧，使锌浸出渣中的铁酸锌等转变为易溶的硫酸锌和难溶的三氧化二铁；其次，焙烧产物通过稀硫酸溶液进行直接浸出；然后往锌浸出液通入焙烧过程产出的以氨气为主要成分的烟气进行沉淀，产出氢氧化锌和硫酸铵溶液，硫酸铵溶液经浓缩、结晶制备硫酸铵，返回硫酸铵焙烧过程。本发明硫酸铵焙烧过程可使锌浸出渣中铁酸锌物相转变为易溶的硫酸锌，锌的浸出率高于97%，铁的浸出率低于2%，有效实现了锌、铁分离；硫酸铵焙烧过程产出的氨气直接用于浸出液沉锌，在产出氢氧化锌产品的同时可实现硫酸铵的再生；锌的综合回收率大于96%；可实现闭路循环，环境较友好。

Description

一种分离锌浸出渣中锌和铁的方法

技术领域

发明涉及冶金领域中火法冶金和湿法冶金过程，特别是一种有效分离锌浸出渣中锌和铁的方法。

背景技术

硫化锌精矿经沸腾焙烧产出锌焙砂，利用稀硫酸溶液作溶剂进行直接浸出，以氧化锌物相存在的锌在浸出过程中溶出，剩余的锌则保留在渣中常称为锌浸出渣。锌浸出渣中未溶出的锌含量一般在20%左右，由于所含的锌主要以铁酸锌的物相形式存在，在常规的稀硫酸浸出过程中很难浸出，因此工业上通常采用还原挥发处理工艺或热酸浸出工艺进行处理。

还原挥发处理工艺是将锌浸出渣与焦炭、粉煤等混合后加入反应炉内，在炉内温度高达1200℃下，锌浸出渣中的铁酸锌和少量氧化锌被还原为锌蒸气，铁则进入冶炼渣中，从而实现锌与铁的分离，在该过程中挥发出来的锌蒸气在后续收尘过程中继续氧化为氧化锌粉尘得以回收。还原挥发处理工艺所采用的炉型目前主要为回转窑、烟化炉等。尽管上述工艺流程简单、生产处理量大、金属回收率高，但也存在耐火材料消耗高、能耗大、作业环境差等缺点（晏祥树，陈春林.锌浸出渣火法处理工艺探讨，中国有色冶金，2012，（5）：58~62）。

热酸浸出工艺则是采用高温高酸进行锌浸出渣的强化浸出，此过程中锌的浸出率达到90%以上，但由于大量的铁、砷等杂质也会进入溶液，导致浸出液中的含铁量通常达到30g/L以上，不利于锌电积过程的正常运行。为了实现浸出液中锌铁分离，先后发展了黄钾铁钒法、赤铁矿法和针铁矿法等沉铁工艺。黄钾铁钒法具有工艺简单、生产成本低的特点，但该方法所产生的渣量大，需要单独建设场地，同时渣中含有As、Pb等有毒元素，容易造成环境污染；针铁矿法的渣量约为黄钾铁钒法渣量的60%，但工艺流程复杂、投资费用相对较高；赤铁矿法金属回收率高、原料综合利用效果好，主要缺点则是设备材质要求高、投资费用大（彭容秋.铅锌冶金学.北京，科学出版社，2003）。

发明内容

为了克服现有锌浸出渣处理工艺的不足，本发明提供一种能有效地分离锌浸出渣中锌和铁的冶金方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先，锌浸出渣与硫酸铵、添加剂混合后在一定温度下进行焙烧，使锌浸出渣中的铁酸锌等转变为易溶的硫酸锌和难溶的三氧化二铁；其次，焙烧产物通过稀硫酸溶液进行直接浸出，锌进入溶液中，铁不溶而留在渣中；然后往锌浸出液通入焙烧过程产出的以氨气为主要成分的烟气进行沉淀，产出氢氧化锌和硫酸铵溶液，硫酸铵溶液经浓缩、结晶制备硫酸铵，返回硫酸铵焙烧过程。

具体的工艺过程和工艺参数如下：

1焙烧

将锌浸出渣、硫酸铵和添加剂按照100：30~90：2~5的质量比例混合，混合料在温度400~600℃下焙烧2~6h，焙砂过程所产生的烟气经收集后备用。焙烧过程的主要化学反应如下：

(NH₄)₂SO₄+ZnFe₂O₄=ZnSO₄+Fe₂O₃+2NH₃↑+H₂O

(NH₄)₂SO₄+ZnO=ZnSO₄+2NH₃↑+H₂O

3(NH₄)₂SO₄=4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O

2浸出

取出焙烧过程所得焙烧产物进行冷却后，置于小于0.5mol/L的稀硫酸溶液中浆化，控制液固比（稀硫酸溶液体积升与焙烧产物质量千克之比）为3~5：1，反应温度20~80℃，反应0.5~3h后过滤，即得浸出渣和含锌浸出液。

3沉淀

取含锌浸出液通入焙烧过程所产生的烟气，控制溶液pH为6~8，温度为20~60℃，双氧水加入体积为含锌浸出液体积的2~5%，反应0.5~2h后过滤，即得氢氧化锌产品，滤液则经浓缩、结晶制备硫酸铵，返回硫酸铵焙烧过程。

所述的添加剂为无水硫酸钙或硫酸镁中的一种或两种的混合物。

所述的硫酸铵、硫酸、双氧水均为工业级试剂。

本发明适用于湿法炼锌过程所产出的锌浸出渣，其主要成分范围以质量百分比计为（wt%）：Zn10~30，Fe10~30，SiO₂0.5~18。

本发明与传统的处理方法比较，有以下优点：1、硫酸铵焙烧过程可使锌浸出渣中铁酸锌物相转变为易溶的硫酸锌，锌的浸出率高于97%，铁的浸出率低于2%，有效实现了锌、铁分离；2、硫酸铵焙烧过程产出的氨气可直接用于浸出液沉锌，在产出氢氧化锌产品的同时可实现硫酸铵的再生；3、添加剂的加入避免了焙烧过程原料的烧结成块，有利于缩短浸出时间；4、双氧水的加入可使通入含锌浸出液的氨气和二氧化硫反应生成硫酸铵，提高了硫酸铵的产生率；5、本发明锌的综合回收率大于96%；6、本发明可实现闭路循环，生产劳动强度低、环境较友好。

附图说明

图1：本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

锌浸出渣主要成分以质量百分比计为（%）：Zn18.57%，Fe21.74%，SiO₂12.96%。工业级硫酸铵，其中氮含量≥20.5%、水分≤1.0%；工业级硫酸，其中H₂SO₄≥98%；工业级双氧水，其中H₂O₂≥35%；工业级无水硫酸钙，其中CaSO₄≥98%。

称取锌浸出渣100g，与90g硫酸铵和3g硫酸钙混合均匀后加入炉内，在炉内温度为600℃下焙烧2h，焙烧过程产生的烟气主要成分体积百分含量为：NH₃48%，N₂15%，SO₂30%。

将焙烧后所得焙烧产物108.2g冷却后置于400mL浓度为0.00005mol/L硫酸溶液中进行浆化，在温度为25℃反应1h后过滤、洗涤、烘干，即得浸出渣53.8g，其主要成分为:Zn0.39%、Fe40.29%、SiO₂24.09%；所得含锌浸出液392mL，其主要成分为：Zn46.84g/L、Fe0.16g/L。在该浸出过程中，锌的浸出率为98.88%，铁的浸出率为0.29%。

将焙烧过程硫酸铵分解所产生的氨气通入含锌浸出液中，控制溶液终点pH为7，双氧水加入体积为10ml，在温度为25℃下反应2h后过滤，即得氢氧化锌产品27.96g，过滤后的滤液返回结晶产出硫酸铵。

实施例2：

锌浸出渣主要成分以质量百分比计为（%）：Zn21.40%，Fe23.56%，SiO₂10.38%。工业级硫酸铵，其中氮含量≥20.5%、水分≤1.0%；工业级硫酸，其中H₂SO₄≥98%；工业级双氧水，其中H₂O₂≥35%;工业级无水硫酸镁，其中MgSO₄≥98%。

称取锌浸出渣100g，与42g硫酸铵和2g硫酸镁混合均匀后加入炉内，在炉内温度为500℃下焙烧3h，焙烧过程产生的烟气主要成分体积百分含量为：NH₃60%、N₂10%、SO₂22%。

将焙烧后所得焙烧产物102.4g冷却后置于400mL浓度为0.30mol/L硫酸溶液中进行浆化，在温度为25℃反应1h后过滤、洗涤、烘干，即得浸出渣53.0g，其主要成分为:Zn1.06%、Fe44.35%、SiO₂19.58%；所得含锌浸出液396mL，其主要成分为：Zn52.62g/L、Fe0.13g/L。在该浸出过程中，锌的浸出率为97.37%，铁的浸出率为0.22%。

将焙烧过程硫酸铵分解所产生的烟气通入含锌浸出液中，控制溶液终点pH为8，双氧水加入体积为12ml，在温度为25℃下反应2h后过滤，即得氢氧化锌产品31.51g，过滤后的滤液返回结晶产出硫酸铵。

Claims (4)

1.一种分离锌浸出渣中锌和铁的方法，其特征在于包括如下工艺过程：

A．焙烧

将锌浸出渣、硫酸铵和添加剂按照100：30~90：2~5的质量比例混合，混合料在温度400~600℃下焙烧2~6h，焙砂过程所产生的烟气经收集后备用；

B．浸出

取出焙烧过程所得焙烧产物冷却后，置于小于0.5mol/L的稀硫酸溶液中浆化，控制稀硫酸溶液体积升与焙烧产物质量千克的液固比为3~5：1，反应温度20~25℃，反应0.5~3h后过滤，得浸出渣和含锌浸出液；

C．沉淀

取含锌浸出液通入焙烧过程所产生的烟气，控制溶液pH为6~8，温度为20~60℃，双氧水加入体积为含锌浸出液体积的2~5%，反应0.5~2h后过滤，得氢氧化锌产品，滤液则经浓缩、结晶制备硫酸铵，返回硫酸铵焙烧过程。

2.如权利要求1所述的分离锌浸出渣中锌和铁的方法，其特征在于：所述的添加剂为无水硫酸钙或硫酸镁中的一种或两种的混合物。

3.如权利要求1所述的分离锌浸出渣中锌和铁的方法，其特征在于：所述的硫酸铵、硫酸、双氧水均为工业级试剂。

4.如权利要求1所述的分离锌浸出渣中锌和铁的方法，其特征在于：所述的锌浸出渣的成分范围以质量百分比计为：Zn10~30，Fe10~30，SiO₂0.5~18。