冶金百科 | 锌冶金 - 湿法炼锌（一）

2023-09-12 10:24:10 来源：中冶有色技术网

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简介：什么是锌焙砂的浸出，目的是什么? 答：在锌浸出过程中，主要以硫酸溶液作为溶剂，将锌从锌焙砂中溶解出来的过程称做锌焙砂的浸出。浸出过程是一种固相与液相所形成的多相反应过程。

湿法炼锌

什么是锌焙砂的浸出，目的是什么?

答：在锌浸出过程中，主要以硫酸溶液作为溶剂，将锌从锌焙砂中溶解出来的过程称做锌焙砂的浸出。浸出过程是一种固相与液相所形成的多相反应过程。锌焙砂浸出过程的基本反应为：

ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O (4-11)

浸出过程的目的是最大限度地浸出锌，以得到含锌最少、容易过滤的浸出渣和含铁、砷、锑等杂质少，固体悬浮物少的硫酸锌溶液。

中性浸出净化除杂的原理是什么?

答：利用不同杂质元素在溶液中水解沉淀pH值的不同，在保证锌离子不发生水解的条件下，提高溶液pH值，使溶液中Fe³+形成Fe(OH)3胶体沉淀。Fe(OH)₃胶体的絮凝过程具有很高的吸附能力，这时As和Sb的氢氧化物被吸附共沉脱除。单水溶液pH=5.2～5.4时，锌不发生水解，铁、砷、锑发生水解沉淀反应，主要的反应化学方程式为：

Fe₂(SO₄)₃+3H₂O=Fe(0H)₃ ↓+3H₂SO₄ (4-12)

2Fe(OH)₃+H₃AsO₄=Fe(OH)₃·FeAsO₄ ↓+3H₂O (4-13)

2Fe(OH)₃+H₅SbO₄=Fe(OH)₃·FeSbO₄↓+3H₂O (4-14)

浸出过程为什么要加入氧化剂?

答：溶液pH=5.2~5.4时不能从中除去Fe²⁺,也不能除去As、Sb和Ge。铁在电解过程中会发生以下反应造成电能消耗。

阴极： Fe³++e=Fe²⁺ (4-15)

阳极： Fe²⁺-e=Fe³⁺ (4-16)

因此在浸出过程中，需尽量将溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺,既利于铁的脱除，也利于溶液中As、Sb和Ge的脱除。

浸出过程如何选择氧化剂，常用氧化剂有哪些?

答：(1)由于E_Fe³⁺/E_Fe²⁺=0.77V,因此所使用氧化剂为电位一般在1V以上的物质;

(2)使用的氧化剂被还原后的成分不会给电解生产过程带来有害的影响;

(3)氧化反应要有较大的化学反应速度;

4)使用的氧化剂价格低廉，操作、添加简便，安全无害;

(5)常用的氧化剂主要有锰粉、高锰酸钾和空气。

中性浸出过程焙砂加入量如何计算?

答：在中性浸出过程中，几乎所有进入流程中的酸都必须被消耗，才能保证

浸出终点pH=5.2~5.4。

在实际生产过程中，焙烧耗酸0.72~0.82g/g,一般按0.75g/g进行，即进入中浸过程中1g焙砂可消耗0.75g的硫酸。

过程需要加入的焙烧量=加入中浸的总酸量 / 0.75 (4-17)

总酸量由两部分组成：

(1)电解废液含酸。计算式如下：

中浸过程中电解废液含酸=进入中浸过程电解废液的体积×酸浓度 (4-18)

(2)进入中浸过程中的浓硫酸量。计算式如下：

中浸过程中的浓硫酸量=进入中浸过程中的浓硫酸体积×浓硫酸密度 (4-19)

锌焙砂低酸浸出过程发生哪些反应?

答：(1)硫酸盐的溶解。它们直接溶解于水形成硫酸锌水溶液。部分硫酸盐很易溶于水，溶解时放出溶解热，溶解度随温度升高而增大。最常见的是硫酸锌的溶解。

(2)氧化锌及其他金属氧化物与硫酸的反应。锌焙砂矿的主要成分是自由状态的ZnO,浸出时与硫酸作用进入溶液：

ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O (4-20)

ZnO及其他金属氧化物在稀硫酸的作用下，溶解反应的通式可用式(4-21)表示：

Me_nO_m+mH₂SO₄==Me_n(SO_₄)_m+mH₂O (4-21)

上清液浑浊的原因及应对措施是什么?

答：浸出矿浆固液分离不好，上清液浑浊是浸出常见的事故之一。当中性上清液浑浊时，溶液中含固体悬浮物大量增加，有时甚至高达50g/L以上，含铁也超过20mg/L,致使净液工序压滤困难，新液供不应求，打乱了正常的生产秩序。在连续浸出过程中，中性上清液的浑浊往往起源于酸性浸出和酸性浓缩：当酸性澄清条件恶化时，酸性上清液浑浊，固含量达200g/L以上，这样酸性上清液送往中性浸出系统时，中性浸出液固含量增加，液固比减小，中性浓缩槽的沉积条件也随之恶化，同时，由于中性、酸性浓缩沉降不好，大量的渣悬浮在溶液中而无法排出，因而大大影响了上清液的质量。

上清液浑浊的因素较多，主要有原料的粒度和硅含量、铁含量、pH值的控制、下料均匀程度、浸出渣排出湿法畅通等。在浸出的实践中，解决中性上清液浑浊的措施主要是：(1)加强配料管理，不宜集中使用粒度过细或者含硅高的焙烧矿粉;(2)严格控制浸出矿浆含铁量，一般含铁在1.0~1.5g/L;(3)严格控制中性浸出的pH值，使pH值稳定在5.2~5.4;(4)均匀加入凝聚剂。

解决酸性矿浆的上清液浑浊的措施主要是：(1)根据原料情况确定最合适的酸性浸出终点pH值，并保持pH值稳定;(2)加大中性浓缩底流流量，提高酸性浸出矿浆的液固比和温度，适当添加凝聚剂;(3)强化过滤，及时迅速地排出浸出渣。

中性浸出过程pH值不受控制的原因及处理方法是什么?

答：在中性浸出过程中，浸出的“跑酸”和pH值“过老”是常遇到的问题。当pH值过低，会把酸带到浓缩槽，致使浓缩槽内矿浆的pH值下降，影响浸出液质量;而pH值过高，会将“生矿”带入浓缩槽，使浓缩槽底部黏结，甚至堵住浓缩槽，也会使渣含锌偏高。浸出“跑酸”和“过老”往往是由于操作不当造成的。当中性浸出“跑酸”时，操作人员应迅速通知浓缩槽岗位，累计停止放出和停止将中性上清液送往净化系统，同时适当提高浸出矿浆的pH值，直至中性浓缩槽内矿浆的pH值回到5.2以下，经检查上清液质量合格方可恢复正常作业，当中性浸出pH值“过老”时，应及时调节pH值，并将浸出槽出口pH值稍稍降低，直到浓缩槽内矿浆的pH值恢复正常为止。

锌浸出过程如何提高铁酸锌的浸出率?

答：锌焙砂中铁酸锌主要呈球状，其表面积在热酸浸出过程中是变化的，过程会呈现“缩核模型”动力学特征，即ZnO·Fe₂O₃的酸溶速率与表面积成正比。从以上对ZnO·Fe₂O₃酸溶的理论分析可以得出结论：对于难溶球状ZnO·Fe₂O₃的溶出，要求有近沸腾温度(95~100℃)和高酸(40~50g/L)的浸出条件以及较长时间(3~4h),锌浸出率才能达到99%。

高硅焙烧矿浸出作业如何控制?

答：处理高硅焙烧矿，通常是采取高温浸出(过程温度大于82℃)和快速浸出(连续浸出减少浸出槽，间断浸出快速加入矿)。

锌浸出渣如何处理?

答：采用酸性浸出时，浸出渣含锌达18%～22%,通常采用回转窑或者烟化炉等进行火法处理。在高温下铁酸锌被碳质还原剂还原，以锌蒸气的形态挥发出来，随烟气带至收尘设备中并被氧化，最后得到含锌60%左右的氧化锌粉。氧化锌粉返回湿法车间处理，烟化渣含锌降至1%~2.5%。

采用热酸浸出时，浸出渣含锌大大降低，通常含锌量为4%~6%,可作为铅银渣送至铅车间处理。产生的铁渣仍含有一定的锌，赤铁矿渣含铁较高，经焙烧脱硫可作为炼铁的原料;铁矾渣和针铁矿渣仍还有较高的锌含量，目前主要以堆存为主。

黄钾铁矾法沉淀工艺的原理是什么?

答：经中性浸出和酸性浸出后的浸出渣含锌仍为17%～20%,经分析表明，渣中锌的主要形态为ZnFe_₂O_₄和ZnS。铁酸锌在85～95℃的高温下，硫酸浓度为200g/L时能有效地溶出，浸出率达到95%以上。热酸浸出时有95%～96%的锌溶解下来，但同时也有90%的铁被溶解出来。如果用通常的水解法沉铁，由于有大量的胶状铁质生成，难以进行沉淀过滤。而当溶液中有碱金属硫酸盐存在时

在pH=1.5、温度为90℃以上时，会生成一种过滤性十分良好的结晶碱式复式沉淀，即为黄钾铁矾。

黄钾铁矾法除铁有什么优缺点?

答：优点：生成的黄钾铁矾为晶体，易于过滤洗涤;黄钾铁矾中只含有少量的钠、钾、铵等离子，试剂消耗量少;沉铁过程中产生的硫酸比生成的氢氧化铁或氧化铁时的少，因而中和药剂用量少，对有硫酸积累的工厂有利。

缺点：渣量大，渣含锌量较高、含铁量仅为30%左右，不便利用;渣的堆存性能不好，对环境保护不利。硫酸消耗量较大，以年产10万吨电锌计算，年消耗硫酸大概2万吨左右。