高铁低品位硫化铅锌混合精矿氧压酸浸试验研究

张新庄，张向阳，张利涛

（河南豫光锌业有限公司，河南 济源 459000）

硫化铅锌混合矿主要采用密闭鼓风炉处理，但该工艺需要消耗大量焦炭，能耗高，且污染严重，不符合目前国家提倡的低碳经济政策。高铅锌精矿采用传统工艺湿法炼锌时，容易引起炉料在沸腾炉烟道中结块，使焙烧无法有效进行，形成硫酸铅，也会消耗大量酸。而作为炼铅原料，则因含锌高，使得黏度大、熔点高，铅和炉渣分离不彻底，铅回收率低，技术经济指标较差。

氧压酸浸工艺在硫化锌精矿和高铁闪锌矿方面的应用研究较多［1-6］，工艺日趋成熟，而且国内外已经实现工业化。该工艺具有以下优点［7］：1）锌浸出率高，即使是品位较低的锌精矿，锌浸出率都可达98%以上；2）不产生二氧化硫烟气，对环境影响小；3）设备体积小，生产潜力大；4）适合处理高铁锌精矿。但该工艺在处理硫化铅锌混合矿方面目前还未见有相关报道。研究了采用氧压酸浸工艺浸出高铁低品位硫化铅锌混合精矿。氧压酸浸过程中，锌以硫酸锌形式浸出，铅以硫酸铅和铅铁矾形式沉淀在渣中，从而实现铅、锌、铁的分离。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验原料取自云南，为高铁低品位硫化铅锌混合精矿（未细磨），其化学成分见表1。XRD物相分析结果表明：矿石中的主要矿物为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿；锌矿物为β-ZnS、菱锌矿，铅矿物为方铅矿和白铅矿；铁全部以黄铁矿形式存在。

表1 硫化铅锌混合精矿主要化学成分 %

浸出剂为硫酸（分析纯，镇江联碳化工有限公司）、ZnSO4·7H2O（分析纯，武汉华创化工有限公司）。

1．2 试验原理与方法

氧压酸浸是在酸性条件下用氧气将硫化物氧化，使形成相应的盐和元素硫。

ZnS的浸出反应为

PbS的浸出反应为

氧压酸浸过程中，部分铁也被浸出：

当温度较高而酸度较低时，Fe2（SO4）3或FeSO4又可能发生以下反应：

在高温低酸条件下，溶液中的铁发生水解反应形成沉淀：

可见，硫化铅锌混合精矿氧压酸浸的结果是锌转入溶液，铅、元素硫、铁的水解产物留在渣中。

2 试验结果及讨论

2．1 氧压对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

2．1．1 纯氧（φ（O2）＞99．5%）对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出速度（150±5）℃，浸出时间120 min，搅拌速度750r／min，硫酸质量浓度150 g／L，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．2%，氧压对混合精矿酸浸的影响试验结果如图1所示。

图1 氧压对混合精矿酸浸的影响

从图1看出：当氧气压力为0．4MPa时，锌浸出率为40．90%，而铁浸出率为19．57%；当氧气压力升高到0．8MPa时，铁浸出率变化不大，但锌浸出率提高到98．09%；进一步升高氧气压力到1．2MPa，锌浸出率增大不明显，但铁浸出率增加到46%，为抑制铁的浸出，确定适宜的氧压为0．6～0．8MPa。

2．1．2 混合气体（φ（O2）＝75%）对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

硫化铅锌混合精矿质量150g，浸出温度（150±5）℃，液固体积质量比3∶1，硫酸质量浓度150g／L，浸出时间90min，搅拌速度750 r／min，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．2%，混合气体压力对混合精矿酸浸的影响试验结果如图2所示。

图2 混合气体压力对混合精矿酸浸的影响

从图2看出：随混合气体压力升高，锌浸出率增大，气体压力升至0．8MPa以后，锌浸出率变化不大；压力为0．8MPa时，铁浸出率只有18．45%，与纯氧相比，低氧气体积分数可降低铁浸出率。因此，确定采用混合气体（φ（O2）＝75%）进行浸出，压力以0．8MPa为宜。

2．2 浸出温度对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，硫酸质量浓度150g／L，浸出时间90 min，搅拌速度750r／min，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．2%，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，浸出温度对混合精矿酸浸的影响试验结果如图3所示。可以看出：对锌浸出而言，浸出温度在125～130℃之间基本满足要求；除铁时，温度在160～170℃下较为合适。温度高于170℃ 后，较低的气体压力下升温较为困难，而提高压力又会使铁浸出率升高，终酸浓度升高，因此，为保证锌的浸出抑制铁的浸出，温度以160～165℃较为适宜。

图3 浸出温度对混合精矿酸浸的影响

2．3 硫酸初始质量浓度对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度160～165℃，浸出时间90 min，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，搅拌速度750r／min，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．2%，硫酸质量浓度对混合精矿酸浸的影响试验结果如图4所示。

图4 硫酸质量浓度对混合精矿酸浸的影响

从图4看出：随硫酸质量浓度升高，锌、铁浸出率升高。硫酸质量浓度升高到150g／L时，锌浸出率提高到97．81%，铁浸出率提高到8．4%；硫酸质量浓度提高到43．58g／L，浸出液中全铁质量浓度为2．27g／L，满足后续工艺要求。综合考虑，确定硫酸质量浓度以150g／L为宜。

2．4 浸出时间对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

浸出时间从高压釜升温至要求温度时开始计时。硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度160～165℃，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，硫酸质量浓度150 g／L，搅拌速度750r／min，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．2%，浸出时间对 混合精矿酸浸的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对混合精矿酸浸的影响

从图5看出：浸出开始时，随时间延长，锌浸出率增大，铁浸出率变化不大，表明铁被氧化沉淀或铁发生水解生成铅铁矾，因而释放出酸，使浸出后液的酸度增大；但浸出80min后，锌浸出率变化不大，而铁浸出率明显升高，浸出后液酸度也进一步增大，表明硫的氧化反应加剧。综合考虑，确定浸出时间以80min为宜。

2．5 木质素磺酸钠用量对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度160～165℃，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，硫酸质量浓度150 g／L，浸出时间90min，搅拌速度750r／min，木质素磺酸钠用量对混合精矿酸浸的影响试验结果如图6所示。

图6 木质素磺酸钠用量对混合精矿酸浸的影响

从图6看出：木质素磺酸钠用量对锌、铁浸出率影响都不大，浸出液酸度随木质素用量增大而增大，这可能是木质素的有效分散作用较大，使元素硫的氧化几率增加，造成浸出液酸度增大。合适的木质素用量确定为0．075g（为矿石质量的0．05%）。

2．6 硫酸锌质量浓度对硫化铅锌混合精矿酸浸的影响

在锌精矿实际氧压浸出过程中，浸出液用废电积液、洗涤水等配制，其中除含有游离酸外也含有部分硫酸锌，锌离子浓度增大，会增大浸出液黏度，在一定程度上可能会影响锌的氧压浸出。

硫化铅锌混合精矿质量150g，液固体积质量比3∶1，浸出温度160～165℃，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，硫酸质量浓度150 g／L，浸出时间90min，搅拌速度750r／min，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．05%，浸出剂中锌离子质量浓度对混合精矿酸浸的影响试验结果如图7所示。

图7 浸出剂中锌离子质量浓度对混合精矿酸浸的影响

从图7看出，浸出剂中锌离子质量浓度增大，锌浸出率略有降低但变化不大，铁浸出率没有明显变化，浸出液酸度降低明显，这也是造成锌、铁浸出率降低的原因。锌离子质量浓度增大可能抑制元素硫的氧化，造成终酸质量浓度降低，但总体来看，锌离子质量浓度基本不影响混合精矿的氧压浸出过程和锌浸出率。

2．7 综合条件试验

根据条件试验结果，确定最佳条件为：液固体积质量比3∶1，温度160～165℃，浸出时间80 min，混合气体（φ（O2）＝75%）压力0．8MPa，搅拌速度750r／min，浸出剂硫酸质量浓度150g／L，木质素磺酸钠用量为矿石质量的0．05%，Zn2＋质量浓度40～80g／L。在最佳条件下进行加压酸浸综合试验，结果见表2。

表2 综合条件下的氧压酸浸试验结果 %

从表2看出，在优化条件下进行浸出，锌、铁浸出率变化不大，表明混合精矿的氧压酸浸工艺是完全可行的。

3 结论

对硫化铅锌混合精矿采用氧压酸浸工艺浸出锌是可行的：锌浸出率大于95%；铁在高温下水解留在渣中，浸出率小于10%；元素硫转化率约为80%；铅沉淀在渣中，可较好地实现锌、铁、铅的分离。相比目前工业上应用的密闭鼓风炉工艺，该工艺能耗低，对环境影响小，符合低碳经济政策。

［1］王吉坤，周廷熙．高铁硫化锌精矿加压浸出研究及产业化［J］．有色金属（冶炼部分），2006（2）：24-26．

［2］王海北，蒋开喜，施友富，等．硫化锌精矿加压酸浸新工艺研究［J］．有色金属（冶炼部分），2004（5）：2-4．

［3］Forward F A，Veltman H．Direct Leaching Zinc-sulfide Concentrates by Sherritt Gordon［J］．Journal of Metals，1959，11（11）：836-840．

［4］Chalkley M E，Masters I M，Doyle B N．Recovery of Metals From Sulphidic Material：United States，5380354［P］．1995-01-10．

［5］Kawalka P，Haffenden W J，Mackiw V N．Recovery of Zinc From Zinc Sulphides by Direct Pressure Leaching：United States，3867268［P］．1975-02-18．

［6］贺山明，王吉坤，闫江峰，等．氧化铅锌矿加压酸浸试验研究［J］．湿法冶金，2010，29（3）：159-162．

［7］王吉坤，周廷熙．硫化锌精矿加酸浸出技术及产业化［M］．北京：冶金工业出版社，2005：125-128．