第42卷第2期 2017年4月
广西大学学报（自然科学版）
Journal o f Guangxi University(Nat S ci Ed)
Vol.42 No.2
Apr.2017
doi:10. 13624/jki.issn. 1001-7445. 2017. 0646
锌焙砂浸出锌、铁试验研究
杨金林1，肖汉新1，罗美秀1，马少健1，刘平2
(1.广西大学资源与冶金学院，广西南宁530004; 2.桂林理工大学南宁分校，广西南宁530001)
摘要：为了合理开发利用锌冶金中副产铁酸锌，开发低成本短流程的节能降耗型铁酸锌制备新工艺，以广西某 地冶炼厂锌焙砂为原料，采用硫酸浸出工艺，通过单因素实验，研究了硫酸初始浓度、液固比、搅拌速度、浸出 温度及浸出时间等因素对锌、铁浸出效果的影响规律。结果表明，硫酸初始浓度、液固比、浸
出温度和浸出时
间对锌、铁的浸出影响较大；制备铁酸锌的最佳条件：硫酸初始浓度100 g/L、液固比6颐1、搅拌速度400 r/min、浸出温度75益和浸出时间120 min。
关键词：锌焙砂；硫酸浸出；铁酸锌
中图分类号:TD98 文献标识码:A文章编号:1001-7445(2017)02-0646-09
Study on leaching of zinc and iron from zinc calcine
YANG Jin-lin1，XIAO Han-xin1，LUO Mei-xiu1，MA Shao-jian1，LIU Ping2
(1. School of Resources and Metallurgy，Guangxi University，Nanning530004，China；
2.Guilin University of Technology at Nanning，Nanning530001，China)
Abstract:To exploit and utilize the by-product zinc ferrite reasonably in zinc metallurgical，new technologies for zinc ferrite with low cost，short process and energy saving are needed.The studies were carried out through the single factor experiment and showed how the factors like i n i t i a l conce
ntration of sulfuric acid，solid-liquid ratio，stirring speed，leaching temperature and time，etc influence zinc and iron leaching effect，with zinc calcine in some smelter in Guangxi as raw materials，and adopting sulfuric acid leaching technology.The result shows that factors like sulfuric acid i n i t i a l concentration，solid-liquid ratio，leaching temperature and time had a greater impact on the leaching of zinc and iron；and the best condition of the production of zinc ferrite i s as follows:
i n i t i a l concentration of sulfuric acid 100 g/L，liquid-solid ratio 6 颐 1，stirring speed 400 r/m i n，
leaching temperature75 益，and leaching time 120 min.
Key words:zinc calcine;sulfuric acid leaching;zinc ferrite
0引言
锌是一种重要的金属，主要由硫化锌精矿经“焙烧一浸出一电积”工艺生产[|]。在锌金属生产过程 收稿日期：2016-04-06；修订日期:2016必-18
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51364003)；广西博士后专项资金资助项目
通讯作者：杨金林（1975—），男，湖北罗田人，广西大学副教授，博士;E-mail: 492300968@ qq。
引文格式：杨金林，肖汉新，罗美秀，等.锌焙砂浸出锌、铁试验研究[J].广西大学学报（自然科学版），2017,42(2): 646-654.
第2期杨金林等：锌焙砂浸出锌、铁试验研究647
中，锌焙砂浸出及浸出渣提纯过程较复杂。因为硫化锌精矿中通常也有黄铁矿、磁黄铁矿等硫化铁矿 物，在高温氧化焙烧过程中，氧化产物Fe2〇3与Z n O会发生副反应，副产生成一种结构性质稳定的物质 铁酸锌(ZnFe2〇4)。在常规浸出条件下，铁酸锌难以溶解，以浸出渣的形式存在，导致总锌回收率低[2]。此外，随着低铁闪锌矿资源日益减少，高铁闪锌矿原料会更多，硫化锌精矿在高温氧化焙烧过程中生成 的铁酸锌也会多，造成锌、铁资源浪费。在锌冶金工业中，现有处理副产铁酸锌的方法主要还是湿法工 艺与火法工艺。如采用高温高酸溶解铁酸锌，使锌、铁以离子态存在于溶液之中；或者采用“还原焙 烧一低酸浸出一磁选分离”工艺回收锌、铁，使锌焙砂中的铁酸锌在高温还原气氛中选择性地分解成 Z n O和F&O4，再常规浸出Z n O，然后通过磁选回收Fe3〇4[38]。研究表明，无论是湿法处理的高温高酸 工艺，还是火法中的热还原工艺，其实质是破坏铁酸锌晶体结构，能耗大，成本高[910]。考虑到铁酸锌性 能优异且市场需求大，但人工合成铁酸锌成本高，罗美秀等[2]及徐明等[11]提出在尽量不破坏铁酸锌结 构的条件下，利用锌焙砂硫酸浸出制备铁酸锌产品，以有效回收锌、铁资源。因此，基于锌冶金工业中副 产铁酸锌的实际情况，研究硫酸浸出锌焙砂时硫酸初始浓度、液固比、搅拌速度、浸出温度及浸出时间等 因素对锌、铁浸出规律的影响，为后续分离提纯铁酸锌、开发低成本短流程的节能降耗型
铁酸锌制备新 工艺提供基础数据。
1试验原料与方法
1.1试验原料
试验原料锌焙砂取自广西某冶炼厂，其多元素半定量分析结果见表1，X射线衍射分析结果见表2。
从表1可以看出，该锌焙砂成分较为复杂，除Z n、F e、O三种主要的元素外，还含有Si、S、C u、P b、A l、C a、M g、M n等多种元素。焙砂中氧化锌和氧化铁含量占85%，锌、铁含量均较高。采用化学分析方法，化验了矿样中的锌铁含量，锌、铁含量分别为53. 22°/。、14郾20°/。。从表2可以看出，该锌焙砂以红锌矿 为主，占49°/。，还含有39°/。的锌铁尖晶石,6°/。的硅锌矿,2°/。的石英,2°/。的赤铁矿以及2°/。的铅矾。
表1锌焙砂半定量分析结果
Tab.1 The semi-quantitative analysis results of zinc calcine
元素Z nO Fe2O3SiO2S〇3C u P b Al2O3C aO M gO
含量//70.818.42.5 2.0 1.61.20.80.60.6
元素M n Sb C d Sn As In T i p a
C o
含量//0.50.40.20.2 0.20.050.020.020.01
Tab,2表2 XRD分析结果The results of XRD analysis
成分红锌矿锌铁尖晶石硅锌矿石英赤铁矿铅矾
含量/°/。49396222
1郾2试验方法
采用硫酸浸出工艺，研究硫酸初始浓度、液固比、搅拌速度、浸出温度及浸出时间等因素对锌、铁浸 出的影响规律。试验步骤:①开启恒温水浴锅，将水温加热至设定的浸出温度。②将一定体积、一定浓 度的硫酸与矿样一起加入烧杯中。③将烧杯置于恒温水浴锅中，开启搅拌器，计时。④浸出一定时间后 取出烧杯，用p H计测量溶液的p H值，然后迅速过滤并多次洗涤滤渣，得到浸出液和浸出渣。⑤将浸出 渣烘干、称重，并制样化验浸出渣中的锌、铁品位。⑥根据化验得到的锌、铁品位或溶液中的锌、铁含量 计算锌、铁浸出率。
1郾3分析方法
采用X射线荧光光谱仪进行元素半定量分析，采用日本理学公司的D/M A X2500型X射线衍射仪
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进行矿物组成与含量分析，采用化学定量法分析浸出渣中锌、铁含量，采用美国瓦里安技术有限公司的 A A S240/FS240型火焰原子吸收光谱仪分析浸出液中的锌、铁含量。
2试验结果与分析
2.1硫酸初始浓度对锌、铁浸出率的影响
物料浸出时，一^般先在固一液界面上迅速发生
反应，形成紧附物料表面的扩散层。此后，浸出剂
和浸出物必须穿过扩散层传输到界面或离开界面。
因此，溶液与物料表面上浸出剂的浓度差是影响浸
出速率的主要因素之一。因物料表面的试剂浓度
小，所以浸出剂的初始浓度是影响浸出速率的主要
因素[1244]。选择搅拌速度为400 r/m i n，浸出温度
为65益，浸出时间为120 m i n，矿浆液固比为7颐1，
硫酸初始浓度分别为20、40、60、80、100、120、140、
160、180、200、220、240、260、280、300、320、350 g/L
进行试验，得到硫酸初始浓度对锌、铁浸出率的影
响规律见图1，不同硫酸初始浓度条件下浸出渣与
on leaching rate of Zn and Fe
原矿的X R D图谱比较结果见图2。
Fig.2 The comparison of X R D patterns of leaching slag at different sulfuric acid concentrations and the raw ore 从图1可以看出，当硫酸浓度在20~100 g/L范围内，锌的浸出率随着硫酸浓度的增大而增大，当硫酸浓度达到100 g/L时，锌的浸出率达到81. 93%，继续增大硫酸浓度，锌的浸出率继续增大但增大速 度越来越小。硫酸浓度为20 ~ 100 g/L时对铁的浸出影响很小；硫酸浓度大于100 g/L时对铁的浸出率 影响较大，表现为铁的浸出率随着硫酸浓度的增大而增大，且增大速度一直较大。
比较不同硫酸浓度下的浸出渣的X R D图谱（图2)可知，硫酸浓度小于100 g/L时，随着硫酸浓度 的增大，浸出渣中Z n O的衍射峰减弱甚至消失，Fe2〇3及ZnSi〇4的部分衍射峰有所减弱，ZnFe2〇4、Si〇2和
第2期杨金林等：锌焙砂浸出锌、铁试验研究649P b S O ^^衍射峰基本保持不变，说明当硫酸浓度小于100 g /L 时，主要是Z n O 等易溶锌矿物的溶解，从而 使得溶液中锌的浸出率不断增大，而铁矿物较难溶解，故当硫酸浓度小于100 g /L 时，铁的浸出率变化 很小。当硫酸浓度高于100 g /L 时，不同硫酸浓度下浸出渣的X R D 图谱差别不大，但不同硫酸浓度浸 出渣与原矿的X R D 图谱差别较大，主要表现为随着硫酸浓度的增大，Z n O 、Fe 2〇3及ZnSi 〇4的衍射峰消 失，ZnFe 2〇4的衍射峰有所减弱，Si 〇2和PbS 〇4的衍射峰基本保持不变，说明当硫酸浓度大于100g /L 时， Fe 2〇3及ZnFe 2〇4的溶解破坏增强，不断释放出锌和铁，从而使得锌、铁的浸出率不断增大。
2.2液固比对锌、铁浸出率的影响
在锌焙砂的浸出过程中，固体质量固定，而液固
比的改变方式有两种：一是保持硫酸的初始浓度相
同，通过改变浸出溶液的质量来改变液固比；二是保
持溶液中硫酸的用量相同，通过改变水量的多少来
改变液固比[2鄄15]。这里采用第一种液固比改变方式，
选择硫酸初始浓度为120 g /L ，浸出时间为90 min ，浸
出温度为65益，搅拌速度为400 r /min ，液固比分别
为 3:1、4:1、5:1、6 :1、7:1、8:1、9 颐1、10 颐1 进行试验，
不同液固比条件对锌、铁浸出率的影响规律见图3,
南宁电子科技广场各液固比条件下部分浸出渣与原矿的XRD 图谱比较
见图4。
由图3可知，当矿浆液固比小于6:1时，随着液
固比的增大，锌的浸出率急剧增大，从40 %增大到
85%左右，而铁的浸出率相对较小，基本在7%以下，
且变化相对缓慢；当矿浆液固比大于6:1时，锌的浸on leaching rate of Zn and Fe
Fig . 4 The comparison of X R D patterns of leaching slag on liquid to solid ratio and the raw ore
出率随液固比的增大而缓慢增加，而铁的浸出率随液固比的增大而持续增大。其原因可能是在硫酸浓 度不变的情况下，随着液固比的增大，溶液中的酸量增加，在液固比小于6:1时，酸量不足，锌焙砂中的 易溶锌优先溶解出来且受酸量的影响较大，当液固比大于6:1时，酸量足够，使易溶锌全部溶解出来，
此
650广西大学学报（自然科学版)第42卷时锌的浸出率基本上保持不变，而剩余的酸对难溶的铁矿物产生作用，使得溶液中铁含量增加，从而使 铁的浸出率增大。
从图4可看出，随着液固比的增大，浸出渣与原矿的X R D 图谱差别较大，主要表现在Z n O 、Fe 2〇3及 ZnSiO 4的衍射峰逐渐减弱甚至消失，ZnFe :〇4的衍射峰有所减弱，而Si 〇2和P b S O 4的衍射峰基本保持不 变；当液固比大于6颐1时，不同液固比条件下浸出渣的X R D 图谱变化不大，主要表现为ZnFe 2〇4的衍射 峰强度的变化，当液固比为6颐1 ~8颐1时，ZnFe 2〇4的衍射峰强度相对较强，当液固比为10颐1时，ZnFe 2〇4 的衍射峰有所减弱，说明液固比太大，铁酸锌溶解。
2.3搅拌速度对锌、铁浸出率的影响
试验采用硫酸初始浓度为120 g /L ，浸出温度为
65益，浸出时间为90 m i n ，液固比为6颐1，搅拌速度分
别为200、300、400、500、600 r/min 进行试验，搅拌速
度对锌、铁浸出率的影响规律见图5，不同搅拌速度
条件下部分浸出渣与锌焙砂原矿的X R D 图谱比较
见图6。
从图5可以看出，随着搅拌速度的增大，锌、铁
的浸出率变化不大，锌的浸出率为85%左右，而铁的
浸出率也基本保持在7%左右。由此可以认为，在此
浸出条件下，搅拌速度对锌焙砂中锌和铁的浸出影
响不大，搅拌速度仅对浸出速率有影响，而并不能促
进锌、铁的浸出。搅拌速度太大或太小均对操作产
生不利影响，搅拌速度太大，会使能耗增加，成本加
大，且太大的搅拌速度会造成矿浆飞溅，影响浸出过 程；而搅拌速度太小，则可能会带来搅拌不均匀等问题，从而使得矿浆中的颗粒发生沉降，同样不利于浸 出。因此，在实际操作过程中，应该选择合适的搅拌速度，一方面不至于使矿浆飞溅，另一方面又能使矿 浆搅拌充分。
Fig . 5 The e f f e c t of different stirring speed on leaching rate of Zn and Fe
Fig . 6 The comparison of X R D patterns of leaching slags of different stirring speed and the raw
ore
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