上傳人：冷***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：劉**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：上海

IP屬地：上海 上傳時(shí)間：2022-08-15 格式：DOC 頁數(shù)：11 大?。?5.71KB 積分：15 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、高鐵閃鋅礦精礦高氧氨浸工藝?yán)碚撗芯空撐恼嚎偨Y(jié)了鋅提取的冶金生產(chǎn)方法，指出，由于環(huán)境問題和能源問題，火法煉鋅必然要逐漸被濕法煉鋅所取代，但目前的所有濕法煉鋅，都未能同時(shí)滿足鋅的高提取率與鐵的低提取率要求，特別在面對(duì)高鐵閃鋅礦時(shí)這一問題更加突出；而高鐵閃鋅礦精礦高氧催化氧化氨浸工藝;可以解決上述問題。熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究說明該方法是可行的。論文關(guān)鍵詞：鋅,冶煉,高鐵閃鋅礦,催化氧化,氨浸,理論研究現(xiàn)代煉鋅方法分為火法煉鋅與濕法煉鋅兩大類，以濕法冶煉為主?；鸱掍\包括焙燒、復(fù)原蒸餾和精煉三個(gè)主要過程，約占世界鋅總產(chǎn)量的10%。濕法煉鋅包括傳統(tǒng)的濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩類。傳統(tǒng)的濕法煉鋅實(shí)際上是火法與

2、濕法的聯(lián)合流程，包括焙燒、浸出、凈化、電積和熔鑄五個(gè)主要過程。全濕法煉鋅是在硫化鋅精礦直接加壓浸出的技術(shù)根底上形成的。濕法煉鋅約占世界鋅總產(chǎn)量的90%。鐵閃鋅礦S通過機(jī)械磨礦和選礦的方法很難使鐵別離，導(dǎo)致產(chǎn)出的鋅精礦中含鋅量低(45%)、含鐵量高(10%)，有些含鐵量甚至高達(dá)了18%左右，這就是所謂的高鐵閃鋅礦精礦。我國是世界上最大的鋅生產(chǎn)國，高鐵閃鋅礦資源分布非常廣泛，礦藏量巨大，約占我國已探明可利用鋅資源的20%?，F(xiàn)行的濕法煉鋅都未能很好地解決高鐵閃鋅礦精礦在冶煉過程中存在的問題。1高鐵閃鋅礦精礦冶煉面臨的窘境1.1傳統(tǒng)濕法在鋅精礦的沸騰焙燒過程中，不可防止地生成鐵酸鋅(ZnOFeO)，它

3、是一種難溶于稀硫酸的鐵氧體。ZnO+FeO=ZnOFeO(1-1)在一般酸浸條件下，ZnOFeO不溶解而留在中性浸出殘?jiān)校乖\在20%左右。生產(chǎn)中采用熱酸浸出(溫度90-95，始酸大于150g/L，終酸40-60g/L)，使渣中的鋅溶解：ZnOFeO+4HSO=ZnSO+Fe(SO)+4HO(1-2)同時(shí)渣中殘留的硫化鋅使三價(jià)鐵復(fù)原到2價(jià)而溶解：ZnS+Fe(SO)=ZnSO+2FeSO+S(1-3)熱酸浸出后金屬浸出率顯著提高，鉛、銀富集于渣中，但大量鐵也轉(zhuǎn)入溶液，溶液含鐵量到達(dá)20mg/L40mg/L。假設(shè)采用常規(guī)的中和水解除鐵，因?yàn)樾纬审w積龐大的Fe(OH)膠體無法濃縮和過濾。為從

4、高鐵溶液中沉淀除鐵，需要采用高本錢的黃鉀鐵礬_收稿日期：2021年月日；接受日期：法、針鐵礦(FeOOH)法和赤鐵礦(FeO)法等新的除鐵方法。1.2完全濕法在加壓浸出條件下，鋅精礦中的硫化鋅與硫酸發(fā)生下述反響：2ZnS+2HSO+O=2ZnSO+2HO+2S(1-4)當(dāng)有鐵溶解時(shí)將發(fā)生以下反響：ZnS+Fe(SO)=ZnSO+2FeSO+S(1-5)4FeSO+2HSO+O=2Fe(SO)+2HO(1-6)在加壓浸出鋅精礦石、鐵閃鋅礦、磁黃鐵礦中的鐵都有可能溶出：4FeS+15O+2HO=2Fe(SO)+2HSO(1-7)4FeS+15O+8HO=2FeO+8HSO(1-8)在高溫、低酸溶液

5、中的鐵可以發(fā)生如下反響：3Fe(SO)+PbSO+12HO=PbFe(SO)(OH)+6HSO(1-9)Fe(SO)+(x+3)HO=FeOxHO+3HSO(1-10)3Fe(SO)+14HO=(HO)Fe(SO)(OH)+5HSO(1-11)但是，高酸浸取盡管能減少鋅因?yàn)殍F酸鋅的生成造成鋅的流失，但高酸浸取之后，浸取液中含有的大量的鐵離子，為以后的凈化工藝帶來困難；高氧酸浸已經(jīng)成為濕法煉鋅的主流，很多研究工作卓有成效。但是，高氧酸浸并不能阻止鐵等雜質(zhì)隨著鋅一起進(jìn)入到浸取液之中，高的鐵含量必將對(duì)以后的除鐵工藝帶來巨大了困難。目前，對(duì)于高鐵礦還沒有一種好的方法既能除去鐵而又不至于造成大的經(jīng)濟(jì)損失

6、，即使是含鐵較低的鋅礦，浸取液的凈化仍然是人們長期研究所要解決的問題。2氨浸方法的提出與理論研究2.1高鐵閃鋅礦的氨浸工藝的提出文獻(xiàn)說明，火法煉鋅終將逐漸退出歷史舞臺(tái)，生物浸取離進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用還有非常遠(yuǎn)的路要走，而現(xiàn)行的濕法煉鋅并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋅的高浸出率和鐵的低浸出率。為解決這一矛盾，本課題組一直致力于鐵、銅、鋅、鈷、鎳、鎘等金屬的別離研究，根據(jù)已有文獻(xiàn)和我們的研究成果，提出了高鐵閃鋅礦精礦的催化高氧氨浸工藝。其根本原理設(shè)想為：高壓反響釜中，參加礦粉、催化劑、氨水、碳銨等，充入高壓氧氣，利用凝固末端電磁攪拌器進(jìn)行攪拌，計(jì)時(shí)。浸取液利用原子吸收分光光度計(jì)分析。反響如下:2MS+O+8NH+2HO

7、=2+2S+4OH(2-1)其中，M=Zn、Cu(Co、Ni、Cd生成六配位離子，Co要氧化為Co)4FeS+3O+4CO+6HO=4Fe(OH)CO+8S+8OH(2-2)2.2熱力學(xué)計(jì)算在高氧、高氨、碳酸銨、催化劑存在下，反響能不能進(jìn)行以及如何進(jìn)行。現(xiàn)以硫化亞鐵為例進(jìn)行討論。設(shè)計(jì)其被轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵和單質(zhì)硫：4FeS+3O+6HO=4Fe(OH)+4S(2-3)為了解決問題，我們根據(jù)Hess定律，設(shè)計(jì)了下面循環(huán)，將反響(2-3)分為4步完成：反響(1)：硫化亞鐵在水溶液中溶解與電離。FeS=Fe+S(2-4)K=K(FeS)=6x10在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，298.15K時(shí)，反響(1)為非自發(fā)過程。這

8、對(duì)總反響極為不利。反響(2)：反響(1)電離出的硫離子被氧氣氧化為硫單質(zhì)：2S+O+2HO=4OH+4S(2-5)K=1.53x10在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，298.15K時(shí)，反響(2)為自發(fā)反響，這是總反響的有利因素。反響(3)：反響(1)電離出的亞鐵離子與反響(2)生成的氫氧根離子結(jié)合，生成氫氧化亞鐵沉淀。Fe+2OH=Fe(OH)(2-6)K=1/K(Fe(OH)=2.05x10在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，298.15K時(shí)，反響(3)也為自發(fā)反響，這也是總反響的有利因素。反響(4)：反響(3)生成的氫氧化亞鐵被氧化為更難溶解的氫氧化鐵4Fe(OH)+O+2HO=4Fe(OH)(2-7)K=8.39x10在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

9、下，298.15K時(shí)，反響(4)也為自發(fā)反響，這也是總反響的有利因素。反響(5)：反響(1)x4+反響(2)x2+反響(3)x4+反響(4)即得反響(5)4FeS+3O+6HO=4Fe(OH)+4S(2-8)K=KxKxKxK=1.26x10可以看出，從熱力學(xué)角度看，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，298.15K時(shí)，反響(5)的平衡常數(shù)是一個(gè)天文數(shù)值，會(huì)進(jìn)行得非常徹底。即從理論上講，鐵會(huì)完全轉(zhuǎn)化為難溶物留在殘?jiān)校粫?huì)進(jìn)入到浸取液之中。反響(1)屬于總反響的不利因素，但反響(2)、(3)、(4)屬于總反響的有利因素，而反響(1)與反響(2)、(3)、(4)耦合后，總反響仍有非常大的正推動(dòng)力。由于反響(5)反響趨

10、勢(shì)非常大，即使參加的碳酸銨需要消耗一局部氫氧根，該反響也會(huì)進(jìn)行得非常徹底，實(shí)際上，鹽效應(yīng)和氫氧根的消耗影響可以忽略不計(jì)。(NH)CO+2OH=2NH+2HO+CO(2-9)結(jié)論：在高氧、高氨、碳酸銨、催化劑存在下，鐵能除盡。硫化銅的溶解：硫化銅在高氧、高氨、碳酸銨、催化劑存在下，形成銅氨配離子進(jìn)入溶液與礦渣別離，而同時(shí)得到的硫單質(zhì)仍留在廢渣中。反響如(2-8)示：2CuS+8NH+O+2HO=2S+4OH+2(2-10)K=K(CuS)=6x10K=1.53x10K=K()=2.1x10K=KxKxK=2.43x10反響(4)平衡常數(shù)也不錯(cuò)，為自發(fā)反響。即非自發(fā)的反響(1)與自發(fā)的反響(2)和

11、(3)發(fā)生耦合，使硫化銅得以溶解。另外，反響(4)生成的氫氧根會(huì)局部被碳酸銨消耗：(NH)CO+2OH=2NH+2HO+CO(2-11)該反響消耗了氫氧根對(duì)反響(2-10)是有利因素，同時(shí)該反響生成的氨分子對(duì)反響(2-10)也是有利因素，實(shí)際上，反響(2-10)與(2-11)的耦合，使得硫化銅的溶解趨勢(shì)比反響4CoS+24NH+3O+6HO=4S+12OH+4(2-18)K=KK=2.54x10通過耦合反響，高鐵閃鋅礦精礦中的鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎘可以到達(dá)預(yù)期的別離目的，即在高氧、高氨、碳酸銨、催化劑存在下，鐵可以全部留在廢渣中，而鈷、鎳、銅、鋅、鎘可以完全進(jìn)入浸取液中。各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果如表示。表

12、高鐵閃鋅礦中一些成分在高氧催化氧化氨浸時(shí)的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果。 成分 化學(xué)反響 平衡常數(shù) 結(jié)果 ZnS 2ZnS + 8NH + O + 2H O = 2S + 4OH + 2 5.15x10 完全浸出 CuS 2CuS + 8NH + O + 2H O = 2S + 4OH + 2 2.43x10 完全浸出 Cu S 2Cu S + 16NH + 2O + 4H O = 2S + 8OH + 4 3.38x10 完全浸出 CoS 4CoS + 24NH + 3O + 6H O = 4S + 12OH + 4 2.54x10 完全浸出 NiS 2NiS + 12NH + O + 2H O = 2S

13、 + 4OH + 2 1.45x10 完全浸出 CdS 2CdS + 12NH + O + 2H O = 2S + 4OH + 2 1.65x10 完全浸出 FeS 4FeS + 3O + 6H O = 4Fe(OH) + 4S 1.26x10 留在殘?jiān)?碳銨耦 合反響 (NH ) CO + 2OH = 2NH + 2H O + CO 對(duì)鈷、鎳、銅、鋅、鎘浸出十分有利，對(duì)除鐵缺乏以造成影響 2.3動(dòng)力學(xué)討論從反響方程式可以看出，反響主要為多相反響，牽涉到固相、液相和氣相，這對(duì)反響的速率影響是巨大的，也是造成浸取速率低的主要原因。為此，礦石的粒度越小浸取速率越高。但考慮到工業(yè)生產(chǎn)，反響物的粒度并

14、不是越小越好，除了動(dòng)力消耗大之外，小粒度的反響物結(jié)塊反而會(huì)降低別離效果；攪拌速度也一樣，并不是越快越好，除了能源浪費(fèi)之外，離心運(yùn)動(dòng)形成的漩渦、氧的溶解度降低、反而會(huì)降低別離效果。無論是從熱力學(xué)角度還是從動(dòng)力學(xué)角度看，高的氧壓對(duì)反響無疑是有利的，我們應(yīng)選擇高壓純氧代替空氣；參加一定量的雙氧水可以提高體系的氧化能力主要是氧化硫離子，破壞硫化物沉淀，提高氧化速率；參加少量二氧化錳可以加快雙氧水分解形成原子氧，原子狀態(tài)的氧具有極強(qiáng)的氧化能力；反響體系中生成的二價(jià)銅、三價(jià)鐵等也會(huì)催化雙氧水的分解為原子氧，加快浸取反響進(jìn)行；氨的濃度越大，形成的配合物的趨勢(shì)越大，形成配合物的速率也越大，應(yīng)選擇濃氨水(主要是熱力學(xué)影響)；同時(shí)，氨的大量存在也保證了鐵不被浸出。3結(jié)論通過熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，說明高鐵閃鋅礦精礦高氧催化氧化氨浸工藝在理論上是可行的，它可以成功地使鋅、銅、鈷、鎳、鎘等有用成分完全浸出，而鐵完全保存在廢渣中，從而實(shí)現(xiàn)了鐵與鋅、銅、鈷、鎳、鎘的完全別離。參考文獻(xiàn)1 董英,王吉坤. 常用有色金屬資源開發(fā)與加工. 冶金出版社. 2005.08:1-145.2 馮桂林. 有色金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)及加工. 冶金出版社. 2000.5:247-291.3 王銳. 鋅市