氧化锌粉中和剂对浸出液成分变化的影响

胡少玲，王 刚，邱勋明，胡进荣

（中金岭南丹霞冶炼厂，广东 韶关 512300）

镓（Gallium）是一种重要的稀散金属,在自然界中常以微量分散于铝土矿、闪锌矿等矿石[1]，法国科学家布瓦博德朗1875年用光谱分析法，从闪锌矿样品中发现了镓。锗（Germanium）也是一种重要的稀散金属，1871年门捷列夫预言了锗的存在,并称之为“类硅（eka-silicon）”。直到1886年,锗终于被德国夫赖堡（Frieberg）矿业学院分析化学教授文克勒（Winkler）发现[2-5]。自从镓和锗被发现以来，其优良的性质使其在电子工业被广泛应用，例如镓的化合物用于制造超导材料、镓磁性材料，拥有不挥发，存储容量多的优点，在机器人和航空航天方面被广泛应用，此外在镓等粒子源、化学光源和电光源方面也有一定的应用空间[6-10]。锗可用于制造各种晶体管、锗隧道二极管、锗的红外探测器、锗核福射探测器、整流器温差发电器及其他器件[11-14]。

然而由于镓和锗在锌浸渣中的分布较分散，因此提取比较困难，目前常见的提前方法有：P-M法回收镓和锗、综合法回收镓和锗、全萃法回收镓和锗、合金法回收镓和锗、生化法回收镓和锗和选-冶联合法回收镓和锗等。

而在中金岭南丹霞冶炼厂常采用二段逆流加压浸出系统处理富含镓锗的锌精矿，丹霞冶炼厂锌精矿氧压浸出后，需要从源头上控制硫的酸化，酸根过高对整个锌冶炼过程都是有害的。因此本文结合中金岭南丹霞冶炼厂工业统计数据，为了锌粉的有效置换，确保镓、锗、钴的高效拦截，置换渣量精准控制，实现本厂中和置换工序的大流量生产。针对实际生产过程中过滤难，置换渣量大、渣型难以稳定控制等问题，研究了随着中和剂的不断加入，溶液中的Al和SiO2含量具体变化和加入锌精矿对过滤的影响。

1 氧化锌粉中和浸出液的基本原理

氧化锌粉中和浸出液的基本原理是基于下面这个从本质上讲很简单的总反应：

此外，在中和过程中还有可能发生其他化学反应如下：

在实验过程中，只探讨了不同类氧化锌粉对浸出液Al和SiO2含量具体变化，其他副反应没有考虑。

2 试验研究原料及研究内容

2.1 试验研究原料

试验研究原料为焙砂（焙砂1号、焙砂2号）、氧化锌氧化剂（氧化锌1号、氧化锌2号、氧化锌3号、氧化锌4号）、锌精矿（主要含ZnS，w（Zn）为46.84%，w（S）为27.69%，w（SiO2）为2.09%）、和ZPL液（本厂氧压一段浸出液，主要为ZnSO4和FeSO4等硫酸盐溶液）。本厂使用焙砂和各种氧化锌氧化剂主要成分如表1所示。

表1 氧化剂主要成分 %

2.2 试验仪器

主要仪器为pH试纸、烧杯、量筒、精密电子称、胶头滴管过滤漏斗和玻璃棒。

2.3 试验研究内容

研究了焙砂（焙砂1号、焙砂2号）和氧化剂（氧化锌1号、氧化锌2号、氧化锌3号和氧化锌4号）这些中和剂加入到浸出液中，对浸出液中的Al和SiO2含量的变化，其次研究了加入锌精矿对过滤的影响。

3 试验过程

为了更好地得出实验规律，做了四组实验，具体操作过程如下：

1）实验一。取1 L ZPL液（本厂氧压一段浸出液，主要为ZnSO4和FeSO4等硫酸盐溶液）加热90℃，分别加入氧化锌1号、氧化锌2号、氧化锌3号、氧化锌4号四种氧化锌，直至pH试纸测量pH为2.4，停止加入氧化锌，整个过程反应温度为90℃，反应0.5 h。

2）实验二。取1 L本厂中和置换工序现场1号中和槽出口液加热90℃，分别加入焙砂1号、焙砂2号两种焙砂，直至pH试纸测量pH为2.4，停止加入氧化锌，整个过程反应温度为90℃，反应0.5 h。

3）实验三。取1 L本厂中和置换工序现场1号中和槽出口液加热90℃，加入13.57 g焙砂1号和2.5 g外购锌精矿，直至pH试纸测量pH为2.4，停止加入氧化锌，整个过程反应温度为90℃，反应0.5 h。同样实验步骤，改变焙砂1号和外购锌精矿加入顺序，再做一组实验。

4）实验四。取1 L本厂中和置换工序现场1号中和槽出口液加热90℃，先加入13.57 g焙砂1号，再分别加入0 g、2.5 g、5.0 g和10.0 g外购锌精矿，直至pH试纸测量pH为2.4，停止加入氧化锌，整个过程反应温度为90℃，反应0.5 h。

4 试验结果

各组实验结果和分析如表2和3所示。

表2 实验一ZPL液中和实验数据

为进一步了解氧化锌加入对溶液的硅、铝元素的影响，故对氧化锌加入量与硅、铝元素的变化量进行换算，如下表3所示。

从表2和表3实验数据来看，随着不同氧化锌的加入，对溶液中铝、硅元素影响从小到大的排列为，氧化锌1号、氧化锌2号、氧化锌3号、氧化锌4号。在经过单位换算后，可以看出，每增加1 t氧化锌，ρ（SiO2）的增加量从12 mg/L到37 mg/L不等，除氧化锌4号增加将近17 mg/L的铝，其他品种氧化锌的剩余铝的增加量不超过3 mg/L，并且能除0.7 g/L的酸。

表3 表2数据变化量换算结果

接下来，进行了实验二的操作，其结果如表4所示。

表4 实验二1号中和槽出口液液中和实验数据

同样对焙砂加入量与硅、铝元素的变化量进行换算，结果如下表5所示

表5 表4数据变化量换算结果

从表4和表5实验数据来看，随着不同焙砂的加入，对溶液中铝、硅元素影响从小到大的排列为，焙砂1号、焙砂2号。每增加1 t焙砂（焙砂1号、焙砂2号），二氧化硅的增加量分别为17.75 mg/L和25.99 mg/L，铝的增加量为1.04 mg/L和1.25 mg/L，并且分别能除0.54 g/L，0.47 g/L的酸。

最后研究了实验三和实验四的结果以及锌精矿对过滤的影响，如下页表6、表7所示。

表6 实验三1号中和槽出口液液中和实验数据

表7 实验四1号中和槽出口液液中和实验数据

加入锌精矿后，中和后液颜色清亮程度随精矿加入量呈清亮递进变化（分别为不加锌精矿，2.5 g锌精矿，先加2.5 g锌精矿后再加焙砂、5.0 g锌精矿、10.0 g锌精矿）

从实验三和实验四的结果，我们可以看出，锌精矿的加入，有助于中和后液的过滤，在0～10 g锌精矿的加入范围内，加入的锌精矿越多，过滤效果越好，溶液越清亮。从反应终酸，渣量来看加入的锌精矿是参与反应的，且随着锌精矿的加入，不会引起Al、Si元素含量的变化。

5 结论

1）按1 t氧化锌对应1 200 m3溶液为参照，加入1 t氧化锌能降0.7 g/L的酸，加入1 t焙砂能降0.5 g/L的酸。

2）随着中和剂的加入，对溶液中硅影响从小到大排列为氧化锌1号、氧化锌2号、焙砂1号、氧化锌3号、焙砂2号、氧化锌4号。按1 t中和剂对应1 200 m3溶液为参照，二氧化硅增加量从11到37 mg/L不等，除了氧化锌4号的加入，会引起铝较大增长（增长17 mg/L），其他中和剂加入，铝增长小于3 mg/L。

3）锌精矿的加入有利于中和后液的过滤，使溶液更清亮。中和过程加入锌精矿会参与反应，但只是少量锌精矿参与反应。