CN106834673A - 高硅锌矿制锌系列精细化工产品的化工冶金方法 - Google Patents

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Abstract

高硅锌矿制锌系列精细化工产品的化工冶金方法。本发明是一种用化工冶金技术处理高硅锌矿，制取锌系列精细化工产品的生产方法。本发明应用硅的正硅酸大分子氧化凝聚理论和实践，直接处理含SiO2>30Wt％的锌矿，制取锌系列精细化工产品。其工艺步骤为：将磨细后的高硅锌矿与大分子氧化剂过硫酸钠混匀，在稀硫酸中进行锌的浸出和硅的正硅酸氧化，并加入多不饱和链大分子凝聚剂，使正硅酸以大分子的硅结构凝聚，含锌溶液从其缝隙间顺利过滤。滤液经进一步氧化除铁、锰，置换除铜、镉、镍净化，浓缩结晶制硫酸锌产品；硫酸锌净化液也可与碳酸氢铵合成制碱式碳酸锌产品,副产硫酸铵锌新型氮锌硅复肥；碱式碳酸锌还可焙解释放二氧化碳和水份后，制得超细活性氧化锌产品。

Description

高硅锌矿制锌系列精细化工产品的化工冶金方法
技术领域
本发明属于一种用化工冶金技术处理高硅锌矿，制取锌系列精细化工产品的生产方法。
背景技术
随着锌资源的长期广泛开发利用，传统选冶技术能够有效开发利用的富锌矿、单一锌矿越来越罕见，致使锌金属特别是锌的精细化工产品价格暴涨不衰。我国锌矿储量虽居世界第四，云南省居全国之首（占全国总储量的25.06%），但高硅锌矿占了很大份量，仅云南省高硅锌矿就占据40%以上。国际上将含SiO2≥18Wt%，国内将含SiO2≥15Wt%的锌矿，视为高硅锌矿。其无法用传统选冶技术有效开发利用的原因有二：一是若用火法处理时，大量低熔点的硅，在锌未挥发或熔融时，较低温度下就很快熔融，使锌熔混无法分离；二是若用湿法处理时，大量的硅生成胶状偏硅酸，使生成的锌溶浸物无法进行固液分离。开发利用此类高硅锌矿，是至今悬而未决的技术难题。怎样将此类矿物直接高效开发利用，特别是直接制取高价值的锌精细化工产品，是非常有价值的。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种直接处理高硅锌矿，制取锌系列精细化工产品的生产技术，它可以将含SiO2大于30Wt%的高硅锌矿在进行化工冶金处理时，通过正硅酸凝聚的方法，使锌浸取液固液分离时在凝聚了的正硅酸凝聚团大量缝隙间顺利通过，解决了长期悬而未决的固液分离问题，让锌的浸取液高效率地分离，进入精细化工处理阶段，高回收率地制得锌的精细化工产品。
解决本发明的技术问题，所采用的方案是：依据二氧化硅和硅的化合物在强酸性环境（PH=1-3）不会生产胶状偏硅酸（H2SiO3）或二硅酸（H2SiO5），而是生成稳定的不溶性正硅酸（H2SiO4），其不会形成凝胶。但当酸度降低时（PH＞3），则会发生水解而产生SiO3=，形成凝胶状硅，为此，本发明加入能够强烈而逐渐持续进行反应的氧化剂过硫酸钠，让高硅矿中的硅化合物，在PH值1-3浸取锌的环境下完全彻底地生成为稳定的结构的SiO4﹦。并用经改性为多支链的聚合物作为凝聚剂，使SiO4﹦迅速凝聚于该不饱和的多支链结构上，当支链得以饱和时，迅速收缩形成较大凝聚团，各凝聚团之间所形成的缝隙，让锌的浸取液能够很好地顺利通过，得以有效地进行固液分离，解决了传统湿法冶锌中硅胶锌液无法过滤的根本难题，让下一步锌的精细化工产品的转化生产得以高收率、高效益的成功。
本发明包括以下具体技术方案：
高硅锌矿经颚式破碎机破碎为公分块，再经球磨机磨细为过120目筛≥95Wt%。
经磨细后的矿粉与过硫酸钠在混料机中均匀配混，过硫酸钠用量为矿物含硅量的1.3-1.5Wt%。
混均矿物料在浸出釜中用18-20%浓度的稀硫酸，在90-100r/min的搅拌下进行锌的反应浸出，环境PH值为1-3。硫酸用量为矿物料与稀硫酸的比为：矿物料（kg）：稀硫酸（L）=1:2-2:5；反应温度为室温到反应自然放热～80℃，反应时间：2.5-3h。
反应结束前30min,分3次加入大分子凝聚剂，加入时间为，每间隔5min加一次，总用量为矿物含硅量的0.002-0.003 Wt %，平均分3次加入,最后一次加入后，再反应15-20min，即完成整个反应，放料通过板框压滤机进行固液分离。
滤渣经60-80℃热水洗涤后集中作硅锌肥出售。
洗水返回稀释硫酸配酸用。
滤液在搅拌速度为90-100r/min氧化除杂釜中加热至80-90℃，加入过硫酸铵氧化铁锰为沉淀除去。过硫酸钠用量为反应液中铁、锰氧化沉淀反应所需量的1.3-1.5倍，反应0.5h,经板框压滤机进行固液分离。
滤渣作人造铁锰精矿出售。
氧化除杂后的净化液在搅拌速度为90-100r/min的置换除杂釜中，再次加热至80-90℃，加入锌粉将铜、镉、镍置换除去，所用锌粉粒度为过300目筛≥95Wt%，置换剂锌粉用量为置换液中铜、镉、镍反应所需锌粉量的1.2-1.3倍。反应0.5h，经板框压滤机进行液固分离。
滤液为硫酸锌净化液，含Fe、Mn、Gu、Gd、Ni匀≤0.01g/l。
滤渣为海绵铜、锰、镍，集中分离回收。
精细化工产品七水硫酸锌的制备：将上述硫酸锌净化液在双效蒸发器中进行蒸发浓缩至49-52波美度，经结晶机冷却结晶，离心机脱水，再经100-150℃干燥，即制得产品七水硫酸锌。（若需制一水硫酸锌，结晶温度高于70℃即可）。母液返回净化，除去杂质，循环使用。
精细化工产品碱式碳酸锌的制备：将上述硫酸锌净化液在搅拌速度60-70r/min的合成反应釜中加入碳酸氢铵进行反应，反应温度50-60℃，反应终了PH值8.0-8.5，再反应20min，生成的碱式碳酸锌，经离心机分离再经150-250℃干燥制得产品碱式碳酸锌。母液硫酸铵锌与矿物浸出之高硅锌渣混配为氮锌硅新型氮复肥作为副产品出售。
精细化工产品活性氧化锌的制备：将上述碱式碳酸锌在焙解炉中500-550℃焙解1h脱除水份和二氧化碳制得产品活性氧化锌。
本发明的有益效果是：
1、将储量巨大至今传统技术尚无法有效直接开发利用的高硅锌矿通过正硅酸氧化凝聚办法，全湿法开发利用，实现了锌资源利用广、锌金属回收率高、锌产品生产成本低，经济效益好。
2、将难于开发利用的高硅锌矿直接开发为锌精细化工产品，实现了低价值难选矿的低能耗高价值利用。
3、工艺原理、工艺参数选择科学、经济、合理。实现了低成本、高效益。本发明为难选冶化利用的高硅锌矿开辟了正硅酸凝聚提锌制锌系列精细化工产品新途径。
具体实施方案：
实例1：云南东川高硅锌矿制硫酸锌
一、原料主要成份分析
元素 Zn Fe Mn Cu Ni CaO MgO
含量(％) 42.13 28.17 6.47 1.02 0.31 0.02 9.13 0.93
二、主要工艺过程：
矿料粉碎、磨细。与过硫酸钠配混，稀硫酸浸取反应，加大分子凝聚剂反应，固液分离，热水洗渣。浸取液氧化并石灰乳调PH值除铁、锰，浸取液置换除铜、镍。硫酸锌净化液蒸发浓缩、结晶、干燥制七水硫酸锌。母液除杂循环利用。
三、主要工艺条件：
1、物料粒度：
⑴高硅锌矿：-120目筛≥95Wt%
⑵置换剂锌粉：-300目筛≥95Wt%
2、主要原料配比：
⑴矿料（kg）:18%硫酸（L）=1:2.5
⑵氧化剂过硫酸钠：矿物含硅量的1.5 Wt%
⑶大分子凝聚剂：矿物含硅量的0.003 Wt%（于浸取反应完成前30min分3次加入，间隔5min）
⑷氧化除杂剂过硫酸铵：氧化铁、锰所需量的1.3倍
⑸置换剂锌粉用量：置换铜、镍所需量的1.2倍。
3、各阶段反应温度：
⑴浸取：室温至反应自然升温到～80℃
⑵氧化除铁、锰：80-90℃
⑶置换除铜、镍：80-90℃
⑷洗渣水：60-80℃
⑸产品硫酸锌干燥： 100-150℃
4、相关PH值控制：
⑴浸取：1-3
⑵氧化除铁锰：3.8-4.0
5、各阶段反应釜搅拌速度：
浸取、氧化除杂、置换除杂：90r/min
6、各阶段反应时间：
⑴浸取：2.5h（反应完成前0.5h，以间隔5min，分3次加入大分子凝聚剂）
⑵氧化除杂、置换除杂：温度达到80℃±5，加入药剂后反应0.5h。
7、硫酸锌蒸发结晶浓度为50±2波美度。
四、所得产品质量及锌金属回收率：
1、七水硫酸锌产品：符合中华人民共和国化工行业标准HG/T2326-2005 1类优等品
2、Zn金属回收率：94.33％
实例二：云南建水高硅锌矿制碱式碳酸锌
一、原料主要成份分析：
元素 Zn Fe Mn Cu Ni CaO MgO
含量(％) 37.31 26.63 4.32 7.11 0.01 / 6.18 4.13
二、主要工艺过程：
矿料粉碎、磨细。与过硫酸钠配混，稀硫酸浸取反应，加大分子凝聚剂反应，固液分离。浸取液氧化除铁、锰，浸取液置换除铜。硫酸锌净化液与碳酸氢铵合成碱式碳酸锌，干燥制得碱式碳酸锌。母液浓缩后与浸取渣泥配混干燥制得氮锌硅新型氮肥复副产品。
三、主要工艺条件：
1、物料粒度：
⑴高硅锌矿：-120目筛≥95Wt%
⑵置换剂锌粉：-300目筛≥95Wt%
2、主要原料配比：
⑴矿料（kg）:18%硫酸（L）=1:2.5
⑵氧化剂过硫酸钠：矿物含硅量的1.4 Wt%
⑶大分子凝聚剂：矿物含硅量的0.003 Wt%
⑷氧化除杂剂过硫酸铵用量：氧化铁/锰所需量的1.5倍
⑸置换剂锌粉用量：置换铜所需量的1.2倍。
3、各阶段反应温度：
⑴浸取：室温至反应自然升温到80℃
⑵洗渣水：60-80℃
⑶置换除铁、锰：80-90℃
⑷置换除铜、镍：80-90℃
⑸硫酸锌净化液与碳酸氢铵合成碱式碳酸锌：55±5%℃
⑹产品碱式碳酸锌干燥：150-250℃
4、相关PH值控制：
⑴浸取：1-3
⑵氧化除铁锰：3.8-4.0
⑶合成碱式碳酸锌：8.2±0.2
5、各阶段反应釜搅拌速度：
⑴浸取、氧化除杂、置换除杂：90r/min
⑵合成碱式碳酸锌：60 r/min
6、各阶段反应时间：
⑴浸取：2.5h（反应完成前0.5h，以间隔5min，分3次加入大分子凝聚剂）
⑵氧化除杂、置换除杂：温度达到80℃，加入药剂后反应0.5h
⑶合成碱式碳酸锌：PH值达到8.2后反应20min。
四、所得产品质量及锌金属回收率：
1、碱式碳酸锌锌产品：符合中华人民共和国化工行业标准HG/T2523-2007优等品
2、氮锌硅新型氮复肥：含：N＝20.4Zn＝5.1SiO2＝31.3
3、Zn金属回收率：94.81％
实例三：缅甸南邓高硅矿制活性氧化锌
一、原料主要成份分析：
元素 Zn Fe Mn Cu Ni CaO MgO
含量(％) 33.42 32.23 6.13 1.21 0.02 0.01 8.31 3.12
二、主要工艺过程：
矿料粉碎、磨细。与氧化剂过硫酸钠配混，稀硫酸浸取反应，加大分子凝聚剂反应，固液分离。浸取液氧化除铁、锰，浸取液置换除铜、镍。硫酸锌净化液与碳酸氢铵合成碱式碳酸锌，碱式碳酸锌经焙解炉焙解，解释出二氧化碳和水份，制得活性氧化锌。
三、主要工艺条件：
1、物料粒度：
⑴高硅锌矿：-120目筛≥95Wt%
⑵置换剂锌粉：-300目筛≥95Wt%
2、主要原料配比：
⑴氧化剂过硫酸钠用量：矿物含硅量的1.4 Wt%
⑵大分子凝聚剂用量：矿物含硅量的0.003 Wt%
⑶氧化除杂剂过硫酸铵用量：氧化铁、锰所需量的1.3倍
⑷置换剂锌粉用量：置换铜、镍所需量的1.2倍。
3、各阶段反应温度：
⑴浸取：室温至反应自然升温到～80℃
⑵洗渣水：60-80℃
⑶氧化除铁、锰：80-90℃
⑷置换除铜、镍：80-90℃
⑸硫酸锌净化液与碳酸氢铵合成碱式碳酸锌：55±5%℃
⑹半成品碱式碳酸锌干燥：150-250℃
⑺碱式碳酸锌焙解活性氧化锌：500-550℃
4、相关PH值控制：
⑴浸取：1-3
⑵氧化除铁锰：3.8-4.0
⑶合成碱式碳酸锌：8.2±0.2
5、各阶段反应釜搅拌速度：
⑴浸取、氧化除杂、置换除杂：90r/min
⑵合成碱式碳酸锌：60 r/min
6、各阶段反应时间：
⑴浸取：2.5h（反应完成前0.5h，以间隔5min，分3次加入大分子凝聚剂）
⑵氧化除杂、置换除杂：温度达到80℃，加入药剂后反应0.5h。
⑶合成碱式碳酸锌：PH值达到8.0后反应20min。
⑷焙解制活性氧化锌温度达500℃，1h。
四、所得产品质量及锌金属回收率：
1、活性氧化锌：符合中华人民共和国化工行业标准HG/T2572-2012优等品。
2、氮锌硅新型氮复肥：N=20.6、Zn=4.9、SiO2=30.1。
3、Zn金属回收率：95.13%。

Claims (10)

1.一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：将含SiO2＞30wt％磨细的高硅锌矿，与正硅酸氧化剂过硫酸钠混匀，在PH值为1-3的稀硫酸中进行锌的浸出和硅的正硅酸氧化，并加入多不饱和链的大分子凝聚剂，使正硅酸以大分子结构凝聚，含硅溶液从其缝隙间顺利过滤。滤液经进一步氧化除铁、锰，置换除铜、镉、镍。硫酸锌净化液经浓缩结晶制七水硫酸锌产品；硫酸锌净化液也可与碳酸氢铵合成制碱式碳酸锌产品，同时副产硫酸铵锌新型氮肥氮锌硅复肥；硫酸锌净化液与碳酸氢铵合成得到的碱式碳酸锌还可焙解释放二氧化碳和水份，制得产品活性氧化锌。
2.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：高硅锌矿的磨细粒度为过120目筛≥95wt％，与矿物含硅量的1.3-1.5Wt％的过硫酸钠在混料机中混匀。
3.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：磨细的高硅锌矿与过硫酸钠的混匀料，在90-100r/min的浸出釜中，以18-20％浓度的稀硫酸作浸取剂进行锌的浸出和硅的正硅酸氧化，稀硫酸用量为：矿物料(kg)：稀硫酸(L)＝1:2-2.5.反应温度为室温到自然放热温度～80℃，反应时间：2.5-3h。
4.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：浸取反应结束前30min，分3次加入多不饱和链大分子凝聚剂，加入时间为，每间隔5min加一次，总用量为矿物含硅量的0.002-0.003Wt％，平均分3次加入。最后一次加入后，再反应15-20min，即完成整个反应，放料通过板框压滤机进行固液分离。
5.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：滤渣经60-80℃热水洗涤后集中作硅锌肥料出售，洗水返回稀释硫酸用。
6.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：浸出所得硫酸锌溶液在搅拌速度90-100r/min的氧化除杂釜中，加热至80-90℃，加入过硫酸铵将铁、锰及有机杂质经氧化并以石灰乳调节PH值为3.8-4.0，反应0.5h沉淀除去。(过硫酸铵的用量为反应液中所含铁锰氧化沉淀所需量的1.3-1.5倍。)经板框压滤机进行液固分离。滤液进入置换除杂工序，滤渣作人造铁锰精矿出售。
7.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：经氧化除杂后的净化液，在搅拌速度90-100r/min的置换除杂反应釜中，再次加热至80-90℃，加入锌粉将铜、镉、镍置换除去。所用锌粉粒度过300目筛≥95wt％，用量为置换液中铜、镉、镍反应所需锌粉量的1.2-1.3倍。反应0.5h。经板框压滤机进行液固分离。滤液为硫酸锌净化液，含Fe、Mn、Cu、Cd、Ni匀≤0.01g/L；滤渣为海绵铜、镉、镍，集中分离提取铜、镉、镍。
8.按权利要求书所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：将权利要求7所制得的硫酸锌净化液在双效蒸发器中进行蒸发浓缩至49-52波美度，经结晶机冷却结晶，离心机离心脱水，再经100-150℃干燥，制得七水硫酸锌产品。母液返回净化，除去杂质，循环使用。(若需制一水硫酸锌，则结晶温度高于70℃即可)。
9.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：将权利要求7所制得的硫酸锌净化液在搅拌速度60-70r/min的合成反应釜中，加入碳酸氢铵进行合成反应，反应温度50-60℃，反应终了的PH值8.0-8.5，在稳定达到终了的PH值后，停止加入碳酸氢铵，搅拌反应20min即可出料，经离心机离心分离，固相碱式碳性锌经150-250℃干燥，制得碱式碳酸锌产品。母液硫酸铵锌，经浓缩后与矿物浸出之高硅锌渣混配为氮锌硅新型氮复肥，作为副产品出售。
10.按权利要求书1所述一种高硅锌矿大分子氧化凝聚制锌系列精细化工产品的方法，其特征在于：将权利要求9所制得的碱式碳酸锌，于焙解炉中，500-550℃焙解1h，脱离水份和二氧化碳，制得活性氧化锌产品。
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