利用锌精矿和软锰矿直接生产硫酸锌和硫酸锰及综合利用

摘要

锌精矿和软锰矿是生产硫酸锌和硫酸锰的重要原料,世界上60％以上的硫酸锌、硫酸锰都是由锌精矿、软锰矿加工制得的。传统生产硫酸锌的工艺,其常规流程为氧化焙烧-硫酸浸出-除杂-蒸发结晶-产品。以软锰矿为原料生产硫酸锰的常规流程为:还原焙烧-硫酸浸出-除杂-蒸发结晶-产品。这两条独立生产硫酸锌、硫酸锰的方法具有流程长,投资大,能耗高,污染环境,工人劳动环境差等严重问题。因此,研究一种可行的新工艺代替传统的生产工艺,以减少污染,提高资源利用率具有重要的意义。
　　 本课题旨在利用锌精矿的强还原性和软锰矿的强氧化性,在硫酸介质中同槽浸出,经过除砷、除铁、除重金属、锌锰离子分离、蒸发结晶等工序,生产出符合饲料级标准的硫酸锌(HG2934-2000)、硫酸锰(HG2936-1999)产品。
　　 本课题通过大量实验数据,从理论上得出了较好的工艺条件:
　　 锌精矿、软锰矿同时浸出工艺条件:在浸出温度为90～95℃,硫酸过量系数为1.3、浸出反应时间4h、加入催化剂硫酸亚铁的量为2 g、液固比为6～7,软锰矿的初始过量系数为1.3、反应过程中补加适当的酸和软锰矿的条件下,锌的一次浸出率达到了95.5％左右,锰的一次浸出率达到了98.9％以上,基本满足生产的要求。浸出液中砷含量也能达到饲料级产品标准,因为在浸出过程中,氧化剂软锰矿是大大过量的,它可以把原矿中的As3+氧化成AsO43-,浸出液中存在的Fe3+可以与AsO43-生成FeAsO4沉淀除去浸出液中的As。
　　 除杂工艺条件:该工艺选用P507-磺化煤油体系作为除铁萃取剂,在室温下,萃取接触时间为35min,初始料液酸度为0.45 mol·L-1H+,P507的体积分数为35％,相比O:A=1:2的条件下经四级逆流萃取,Fe3+的萃取效率达到了99％以上,Zn2+的收率为95.5％,Mn2+的收率为99.48％,可以到除铁的目的；萃Fe3+有机相用4.0 mol·-1的盐酸,在相比O:A=2:1,反萃时间为7 min的条件下,经五级逆流反萃取,Fe3+的反萃效率可达99％以上；该萃取工艺条件应用于浸出料液同样也可以的到预期的效果。
　　 本工艺选用BaS+Zn粉的方法除重金属,在室温下加入4.0 gBaS搅拌反应1h,过滤后再加入1 gZn粉,在60℃下反应4 h,Pb、Cd的含量只能报告检测不出,满足饲料级硫酸锌、硫酸锰的生产要求。
　　 锌锰分离的工艺条件:选用P507-磺化煤油体系作萃取剂,在室温下,初始pH=3.5,萃取平衡时间为10 min,相比O:A=2:3,P507的体积分数为40％的条件下,经过八级逆流萃取,锌锰离子能够达到很好的分离效果。
　　 负载有锌、锰离子的有机相,经0.02 mol·L-1的H2SO4洗涤液洗涤一次,锰离子的洗涤效率为99.77％,可以达到去除锰离子的目的,洗涤液可以返回矿粉浸出工艺,形成闭路循环。
　　 负载有锌离子的有机相,经0.7 mol·L-1的H2SO4溶液反萃,在反萃相比O:A=3:2的条件下,锌离子的单级反萃效率达到97.53％,可以满足工艺生产的要求,贫有机相可以不经处理直接返回萃取工艺而不受影响。
　　 最后硫酸锌、硫酸锰的溶液经过蒸发结晶,可以得到符合标准的饲料级硫酸锌、硫酸锰产品。
　　 本工艺具有能耗低、无二氧化硫污染、设备简单、投资费用低、易于实现自动化、产品质量高等优点。