低品位氧化锌矿硫酸浸出工艺研究

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【摘要】随着科技的不断发展，氧化锌的生产技术也有所提高。本文从低品位氧化锌矿的现状、低品位氧化锌矿硫酸浸出的必要性、硫酸浸出原理及工艺研究等几个方面进行了分析。

【关键词】低品位；氧化锌；硫酸浸出

中图分类号：TQ111文献标识码： A

一、前言

近年来，由于低品位氧化锌生产的不断壮大，低品位氧化锌矿硫酸浸出工艺研究问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强低品位氧化锌矿硫酸浸出工艺的研究，对我国低品位氧化锌的发展有着重要意义。

二、低品位氧化锌矿的现状

我国对锌金属的需求量逐年上升，然而，锌矿产资源的利用面临着两大难题:一是自产的锌精矿无法满足需求，需要大量进口；二是绝大部分已探明的硫化锌矿已经或正在开发利用，后备资源储量匮乏。因而，低品位难处理氧化锌矿的开发与利用成为广大选矿和冶炼工作者研究的重点。

三、低品位氧化锌矿硫酸浸出的必要性

随着硫化锌矿石的日益减少，氧化锌矿石愈来愈受到重视。氧化锌矿是锌的次生矿，是一类重要的含锌矿物，主要以菱锌矿、异极矿以及硅锌矿等形态存在，含有大量的金属杂质，如铅、铁、镉、铜等，其中脉石矿物主要为方解石、白云石、石英、黏土等。氧化锌矿矿石品位相对较低、成分复杂，直接将矿石冶炼时，回收利用的难度很大，生产成本相对较高。因此，研究氧化锌矿的处理工艺显得十分重要。

四、硫酸浸出原理

采用废电解液浸出氧化锌矿，矿石中的硅大量溶出，生成胶态硅，影响矿浆的液固分离，其它杂质如铁、钙、镁、铝等的浸出也加大净化难度。因此，对氧化锌矿特别是低品位氧化锌矿的湿法处理，国内外进行了大量的研究。为防止硅酸危害，氧化锌矿浸出时应尽量避免产生胶质SiO2，或控制浸出液中硅酸的聚合作用，使硅酸在胶凝前除去，改善矿浆液固分离的性能。目前生产上常用的氧化锌矿酸浸工艺有老山工艺、中和凝聚法和瑞底诺法，都是采用不同方法将矿浆中胶质SiO2在胶凝前以不同形式除去。用硫酸浸出低品位氧化锌矿，既达到浸出金属锌的目的，又降低了杂质和酸耗，为开发利用低品位氧化锌矿奠定了基础。

五、工艺研究

1、实验原理

氧化锌矿有菱锌矿[ZnCO3]、异极矿[Zn4Si2O7(OH)2#H2O]和硅锌矿[Zn2SiO4]等，脉石矿物主要成分为硅、铁、钙、镁、铝。用稀硫酸浸出氧化锌矿时发生的主要反应为:

（1）

酸度高时，锌的浸出速度快，浸出率升高，但矿石中的铁和硅也大量溶出，同时可溶性硅酸凝聚脱水，降低浸渣过滤速度。因此可以控制浸出反应条件，使SiO2少量浸出，或使SiO2和其它杂质容易沉淀在浸出渣中。

2、实验仪器和材料

实验仪器:JB300-D型强力电动搅拌机，2500mL烧杯，PH/-4酸度计，酸式滴定管，Φ7cm*50cm渗滤柱(用/VC管焊接)。

实验药品:98%浓硫酸。

实验原料:氧化锌矿样取自广西某矿山，其主要元素分析见表1。

1.3实验方法

搅拌浸出:矿石粒度小于1mm，液固比(质量比)为5，矿浆PH值由酸度计测量监控，通过酸式滴定管控制加酸量，保持矿浆PH值稳定在一定数值。定时取矿浆样过滤，取滤液分析。

渗滤浸出:矿样2kg，粒度小于5mm，装在渗滤柱内，控制浸出液PH

3实验结果与讨论

（1）搅拌浸出

1）浸出时间对氧化锌矿浸出的影响控制加酸量和加酸速度，矿浆PH值分别为1和2，浸出时间对浸出率的影响如图1所示。

在保持酸度较高的条件下浸出，即矿浆PH=1时，锌的浸出率为98.5%，铁和硅的浸出率分别是2.14%和16.08%。矿浆PH=2.0时，锌的浸出率为97.64%，浸出液中锌的浓度大于31g/L，而铁和硅的浸出率仅为0.84%和13%。由此可见，在保持矿浆PH=2.0时，锌的浸出率已足够高，而铁和硅的浸出率都比较低。用4.5mol/L的硫酸浸出氧化锌矿，杂质铁和硅的浸出率高达30%和25%，这是因为过量的硫酸跟脉石矿物发生反应，既使酸耗增大，又使杂质增多。

从图1看出，在搅拌浸出的前1h内锌的浸出速率最快，而高酸度又比低酸度快，0.5h内二者锌浸出率分别是80.6%和76.12%，1h后锌浸出率上升缓慢，最后二者相距甚小。杂质硅主要在前1h内浸出，此后随浸出时间变化不大，如矿浆PH=1.0时，硅的浸出率从1h内的15.4%仅上升到最后的16.08%；PH=2.0时，则从12.4%上升到13%。这说明硅的浸出与初始酸度有很大关系，初始酸度高，硅的浸出率明显增大。

综上所述，在低品位氧化锌矿浸出过程中控制加酸速度和加酸量，保持矿浆PH=2.0，既能保证锌充分浸出，又能降低酸耗及杂质浸出。按锌浸出率为97.64%计算，浸出1t金属锌消耗硫酸1.76t，比一般浸出工艺中高品位锌矿浸出的酸耗还低。

2）细菌对氧化锌矿浸出的影响

某些细菌由于具有氧化还原作用而被应用于浸矿作业，如氧化铁硫杆菌(Thiobacillus Ferrooxidans，简称Tf)是浸矿细菌中最常用的一种自养菌，已被广泛应用于硫化矿的浸出工艺上。Duncan等人用Tf浸出硫化锌矿，在一定条件下锌的浸出速率可达150mg/(L・h)。而常温常压下，硫化锌矿很稳定，很难被稀酸浸出。研究证明，Tf可按下式直接或间接浸出硫化锌矿:

Tf具有氧化特性，能将亚铁离子(Fe2+)氧化成高铁离子(Fe3+)，利用Fe2+氧化过程释放的能量来固定CO2，并获得生物合成所需要的全部碳源，它氧化Fe2+的速度比相同条件下空气中的纯化学氧化速度快105~106倍。因此近些年来Tf已被广泛应用于矿山酸性废水的治理，以利于除去其中的铁离子[9]。本次试验尝试添加Tf浸出低品位氧化锌矿。

本试验所用菌种Tf为中南大学矿冶生物实验室选育的高活性氧化铁硫杆菌，它能在很短时间内将Fe2+氧化成Fe3+。首先在培养液中添加适量氧化锌矿石，将Tf连续培养数次，使之适应矿石性质，为避免接种细菌带入铁离子，试验前用无铁培养基培养。细菌接种量为浸出液的5%，其它条件如前所述，分别做多组对照试验，取试验数据平均值讨论，结果如图2所示。

从图2看出，在接种细菌的条件下锌的浸出速度在前2h内几乎与无菌条件下一致，但后2h稍微有所提高，锌浸出率分别为98.5%和97%。在细菌浸出条件下锌的浸出率提高了1.5个百分点，这是因为低品位氧化锌矿中含有的少量硫化锌矿被细菌浸出。采用显微镜直接计数法观察细菌生长情况，可见前2h细菌生长缓慢，对搅拌浸出过程有一个适应期，后2h生长较快，可达到106个/mL。

如图2所示，硫酸搅拌浸出铁的浸出率为0.85%，添加细菌后铁的浸出率为0.7%左右，说明细菌浸出可降低铁的浸出率，确切的说是降低了浸出液中铁的含量。因为在搅拌浸出过程中，有一部分Fe2+被细菌氧化成Fe3+，同时有部分Fe3+形成沉淀，容易过滤除去。对浸出滤渣的X衍射分析表明，其中含有草黄铁钒[H3OFe3(SO4)2(OH)6]和黄钾铁钒[KFe3(SO4)2(OH)6]。因此，将细菌用于氧化锌矿的浸出，不仅能促进其中少量的硫化矿在较短时间内浸出，提高锌的浸出率，还有利于浸出液沉淀除铁，降低滤液中的铁含量。

（2）渗滤浸出

渗滤浸出被广泛应用于低品位硫化矿的堆浸，由于减少了磨矿工艺，降低了浸矿工艺的成本，生产上具有操作简单，便于管理等优点。氧化矿由于渗透性较差，大规模堆浸比较困难，但也可以实行薄层浸出。

本次氧化锌矿渗滤浸出初始酸度为30g/L，此后保持浸出液pH

从图3看出，渗滤浸出时锌的浸出速率较慢，循环浸出8d锌的浸出率为95.3%，这是因为矿石粒度较粗，而且浸出液是由重力作用在矿石中渗透，浸出反应比较缓慢。但是，从图3可见，硅铁的浸出率很低，硅的浸出率只有3.6%，铁的浸出率只有0.6%，远远低于搅拌浸出。硅铁浸出率低的原因，除了浸出液酸度较低外，氧化锌矿石渗滤浸出也起到过滤作用。在矿石颗粒表面发生化学反应的瞬间里，由于反应耗酸，矿石颗粒周围的浸出液pH值急剧上升，部分SiO2和Fe3+生成胶体吸附在矿堆中，因而浸出液中的硅和铁并没有积累。

六、低品位氧化锌矿硫酸浸出工艺的结论

低品位氧化锌矿经过微波还原焙烧再用硫酸选择性浸出锌，可使铁留在渣中，锌得到选择性浸出。铁还原度受微波加热功率、活性炭加入量的影响，可通过调整微波功率、炭粉配比量与微波焙烧时间来控制铁还原度。铁还原度增大，有利于锌的浸出，但过高的铁还原度会使铁浸出率升高。

七、结束语

通过对低品位氧化锌矿硫酸浸出工艺的研究，进一步明确了硫酸浸出工艺在低品位氧化锌生产中的重要性。因此在低品位氧化锌的后续生产中，要加强硫酸浸出工艺的思考与研究，促进我国低品位氧化锌的发展。

参考文献

[1]李国民 高硅氧化锌矿浸出脱硅工艺的研究 中国有色冶金 2011年

[2]唐双华 氧化锌矿硫化―胺法浮选及浸出研究 湖南有色金属2009年

[3]刘三军 低品位氧化锌矿石的碱法浸出 湿法冶金2010年

[4]王凤琴 国内外氧化锌矿的处理方法 有色矿冶 2009年