含鍺氧化鉛鋅礦流化床浸出試驗(yàn)研究

含鍺氧化鉛鋅礦流化床浸出試驗(yàn)研究

流態(tài)化技術(shù)在化工和冶金領(lǐng)域的應(yīng)用日益頻繁。因?yàn)樗哂辛己玫倪B續(xù)性和傳質(zhì)效應(yīng)，因此在化工和冶金領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。對(duì)于粒度細(xì)、比重低的物料,流態(tài)化處理較為困難。貴州某地含鍺氧化鉛鋅礦經(jīng)火法富集產(chǎn)出的氧化鋅煙塵,一直沿用機(jī)械攪拌槽浸出工藝,存在浸出率低、液固分離困難和處理量小的缺點(diǎn)。本文在對(duì)該物料特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了散式直管流化床作浸出試驗(yàn),考查了影響流態(tài)化的各種因素。1測(cè)試1.1試驗(yàn)原材料試驗(yàn)用煙塵、浸出劑稀硫酸和產(chǎn)出的浸出渣的物理性質(zhì)列入表1,煙塵的篩分析數(shù)據(jù)列入表2,化學(xué)成分列入表3。1.2試驗(yàn)系統(tǒng)和條件試驗(yàn)在直徑為100mm,高度為7200mm的直管柱中進(jìn)行,裝置如圖1所示。柱頂設(shè)有布料斗、分級(jí)箱、溢流管和進(jìn)料管,柱下部設(shè)有長(zhǎng)600mm的夾套加熱段,并安裝有放渣閥和進(jìn)液管。進(jìn)液管與帶加熱器的高位槽相通,并裝有轉(zhuǎn)子流量計(jì)。柱身高6600mm,每隔800mm裝有取樣管、測(cè)溫管和測(cè)壓管,適當(dāng)位置有觀察孔。試驗(yàn)前將煙塵按配比加入機(jī)械攪拌槽用稀酸液調(diào)漿,再打入高位槽加熱到70～80℃?zhèn)溆?。打開(kāi)底部進(jìn)液管同時(shí)往夾套加熱器供蒸汽,待浸出液升至布料斗處開(kāi)始進(jìn)礦漿。控制溢流液pH=1.0～1.5,柱內(nèi)礦漿溫度75～85℃,穩(wěn)定3h后即可取樣(溢流液、各點(diǎn)渣樣和液樣),并測(cè)定各點(diǎn)溫度和壓差。以后每2h取樣和測(cè)定一次,每取樣一次需排渣一次。2結(jié)果與討論2.1礦漿加入量和加入量、礦漿用量和加入量、液速及加入量對(duì)散式流態(tài)化,影響床層穩(wěn)定性的主要因素有固液兩相的物理性質(zhì)、礦漿加入量和液速等。由于原料的成分和浸出劑的濃度相對(duì)穩(wěn)定,影響流態(tài)化床操作的因素主要是礦漿配比、礦漿加入量和液速。2.1.1加料液分散性差若采用通常煙塵加水調(diào)漿,由于水對(duì)該氧化鋅煙塵潤(rùn)濕不好產(chǎn)生集結(jié),因而所得料液分散性差,加料后出現(xiàn)分級(jí)箱跑渾嚴(yán)重,長(zhǎng)時(shí)間形不成穩(wěn)定的流化床。采用煙塵∶水∶稀酸為1.2∶1∶1(重量)的比例調(diào)漿,并加熱到40℃左右進(jìn)料,料液均勻下降,易于達(dá)到穩(wěn)定操作。2.1.2柱頂流化床分析試驗(yàn)了浸出劑流量對(duì)流化床操作的影響,測(cè)定了干料量S為0.19kg,浸出劑流量Lu為0.86和1.26L/min時(shí)各測(cè)量點(diǎn)空隙率ε與床高h(yuǎn)的關(guān)系(圖2)。當(dāng)干料量固定在0.2kg/min附近,進(jìn)液量小于0.4L/min時(shí),全柱呈現(xiàn)往下的移動(dòng)床,礦漿分布不均勻,溝流明顯可見(jiàn),傳質(zhì)效果差,鋅、鍺浸出率低于60%。當(dāng)Lu在0.6～0.9L/min之間,柱頂可形成約1.4～1.6m的流化床。由此往下,因大部分煙塵中的ZnO已溶解,空隙率增大,同時(shí)煙塵中的PbO轉(zhuǎn)變成PbSO4,使礦漿固體粒度減小,比重增大,也形成移動(dòng)床。圖2曲線1在床高3.2～4.8m處空隙率改變較小,硫酸鉛渣顆粒均勻下降,測(cè)得沉降速度為0.12～0.2m/min。在進(jìn)液管上方,由于浸出渣的集結(jié)和進(jìn)液壓力,也形成約0.3m高的流化床。圖3為各取樣點(diǎn)所取渣樣分析結(jié)果與床高的關(guān)系,從圖中看到,Zn、Ge、Pb含量的突變發(fā)生在柱頂流化段床層,表明浸出反應(yīng)主要在該段發(fā)生,形成所謂“倒壓差”分布。這是由于煙塵粒度細(xì),固液相比重差不大,浸出反應(yīng)速度快,因而出現(xiàn)此種上濃下稀的浸出反應(yīng)段。當(dāng)Lu=1.04L/min時(shí),出現(xiàn)返混區(qū),柱頂流化床被破壞,有礦漿被吹入溢流。當(dāng)Lu達(dá)到1.26L/min,全柱礦漿完全返混,柱底硫酸鉛渣也被帶入分級(jí)箱,全柱變?yōu)檩斔痛?。從以上結(jié)果可知,適宜的進(jìn)液量是保證氧化鋅煙塵實(shí)現(xiàn)流態(tài)化浸出的重要條件,而柱頂能形成1.4～1.6m高的穩(wěn)定流態(tài)化浸出反應(yīng)段,是該體系的特點(diǎn)。2.1.3穩(wěn)定性地層格現(xiàn)穩(wěn)定操作圖4為浸出劑液速保持在0.86L/min時(shí),進(jìn)料量S(干煙塵量kg/min)與柱頂流化床高h(yuǎn)的關(guān)系。當(dāng)進(jìn)料量S在0.15～0.25kg/min的范圍,可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。當(dāng)S>0.25kg/min時(shí),出現(xiàn)溝流,流化段向下延伸,傳質(zhì)變壞。當(dāng)S>0.3kg/min時(shí),流化床被完全破壞。實(shí)驗(yàn)證明,處理量保持上限,操作不穩(wěn)定,溢流帶走的固體增多。同時(shí),因間斷放渣,也給穩(wěn)定作業(yè)造成一定的影響。另外,圖4中流化床高時(shí),由于濃、稀界面不夠明顯,該數(shù)據(jù)有一定的誤差。在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定逆流操作的條件下,即進(jìn)液量為L(zhǎng)u=0.6～0.9L/min,礦漿流量控制S=0.15～0.25kg/min,影響煙塵中Zn、Ge浸出率的主要因素有溫度、酸度和床高。2.2.1時(shí)酸度的測(cè)定常規(guī)攪拌浸出該種煙塵時(shí),溫度對(duì)金屬浸出率的影響較大。達(dá)到95%鋅浸出率需在90℃左右保持2h以上(此時(shí)酸度pH=1.0～1.5)。經(jīng)試驗(yàn),流態(tài)化浸出的適宜溫度為75～85℃。若溫度低于75℃,鋅浸出率只有90%左右,且浸出渣的沉降性能變壞;溫度超過(guò)85℃,由于試驗(yàn)地區(qū)大氣壓低,礦漿接近沸騰,使床層流化狀態(tài)改變。試驗(yàn)還表明,全柱上下溫差不能超過(guò)8℃,否則將會(huì)由溫度梯度引起的礦漿對(duì)流使全柱流型改變,降低浸出效果。2.2.2硫酸液量的確定保持溢流液pH=1.0～1.5的酸性浸出前提下,參考槽浸耗酸量,并由進(jìn)礦量和進(jìn)液量,確定出進(jìn)料液含硫酸濃度為130～140g/L。圖5為試驗(yàn)條件下從取樣點(diǎn)實(shí)測(cè)的床高酸度分布數(shù)據(jù)。從圖中看到,在柱高5.6m以后酸度有突變,這與流態(tài)化浸出段所在區(qū)域吻合。按上述數(shù)據(jù)控制好進(jìn)出溶液酸度,可使煙塵中鋅、鍺浸出率大于96%。2.2.3全柱智能水浸段各成分配比一般認(rèn)為,散式直管流化床中物料的浸出能力與管徑平方成正比,浸出率與柱高成正比。根據(jù)本研究實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),當(dāng)=./,控制分別為0.62和0.86L/min時(shí),測(cè)得柱頂流化床高分別為1.6和1.5m,取樣分析計(jì)算出鋅的浸出率約為95%和93%。由進(jìn)料液速度計(jì)算出該流化段中固液接觸時(shí)間為20和13.4min。因此,在流化浸出段中,浸出率是與該段的床高成比例的。由此也看到,流化床的浸出時(shí)間比攪拌槽達(dá)到同一浸出率所需的時(shí)間大為縮短。這體現(xiàn)了流態(tài)化浸出始終保持大的濃度梯度因而浸出速率快的優(yōu)勢(shì)。全柱有效高度包括流化床高、移動(dòng)床高和進(jìn)液管下濃縮段的高度。正常操作下流化床高為1.5m,進(jìn)液管上方流化段0.3m,則移動(dòng)床高度應(yīng)為6.7-1.5-0.4=4.9(m),式中6.7為進(jìn)液管處至柱頂?shù)母叨?按2.1.2節(jié)浸出渣在移動(dòng)床中沉降線速的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),則浸出渣在移動(dòng)床中的停留時(shí)間應(yīng)為:4.9m/(0.12～0.2)m·min-1=41～25min,因而礦漿在整個(gè)浸出段的停留時(shí)間約為40～60min,即可使鋅、鍺浸出率達(dá)到要求。至于濃縮段高度,主要取決于渣的洗滌性能和渣的含水率高低等因素,本研究取0.8～1.0m可滿足需要。2.3流態(tài)化浸漬率按調(diào)漿比煙塵∶水∶酸液(H2SO4=40～50g/L)為1.2∶1.0∶1.0,浸出劑酸度130～140g/L,溢流液pH控制1.0～1.5,床內(nèi)溫度75～85℃,投料量0.18～0.21kg干煙塵/min,進(jìn)酸量為0.6～0.9L/min,進(jìn)行了連續(xù)54h試驗(yàn),所得代表性數(shù)據(jù)列入表4。從表4中數(shù)據(jù)看出,含鍺氧化鋅煙塵流態(tài)化浸出技術(shù)指標(biāo)好;鋅浸出率大于98%,鍺浸出率大于97%,比機(jī)械攪拌槽分別高出4和5個(gè)百分點(diǎn)。流化床的設(shè)備能力可達(dá)5.4t干煙塵/m3·d,比機(jī)械攪拌槽(約0.35～0.5t干煙塵/m3·d)要大10多倍。這充分體現(xiàn)了流態(tài)化浸出技術(shù)傳質(zhì)推動(dòng)力大,浸出速度快、效果好和可連續(xù)化的優(yōu)點(diǎn)。3流態(tài)化水浸反應(yīng)段