硫化锌精矿的富氧浸出及后处理研究

摘要

加压湿法炼锌具有工艺流程短、“三废”少、生产成本低、锌的浸出率高等优点，在国外得到了长足的发展。由于我国对环境保护和资源利用率要求的提高，加压湿法炼锌技术备受国内关注，然而国内加压湿法炼锌处于起步阶段，例如，加压富氧浸出缺乏系统深入的理论研究，加压富氧浸出渣及浸出液后处理还存在诸多问题有待解决，浸出渣中单质硫与浸出液中酸的平衡与转化和循环利用也成为加压富氧浸出生产实践过程遇到的新课题。为此，本文从热力学、动力学和酸平衡等角度出发，系统深入地研究了硫化锌精矿的富氧浸出和浸出后处理过程，取得有价值的研究成果，对我国的锌的加压湿法冶金的发展具有重要意义。其主要研究工作如下。
　　首先，本文系统深入的研究了Zn-S-H2O系以及硫化锌精矿中有价金属与硫和水体系的热力学问题，计算了相关的电位表达式，绘制了在不同温度、不同氧分压、不同活度下的Zn-S-H2O系电位-pH图，确定了硫化锌富氧浸出过程锌离子和单质硫稳定存在的区域。同时，绘制了在硫化锌最佳富氧浸出条件下Fe-S-H2O、In-S-H2O系的电位-pH图，为硫化锌富氧浸出的后处理提供了理论依据。
　　其次，以电位-pH图为指导，对比研究了液固比、初始酸浓度、浸出时间、反应温度、氧分压、搅拌速度、粒度、添加剂含量等因素对硫化锌、人工合成闪锌矿、硫化锌精矿富氧浸出过程的影响规律。结果表明:温度、浸出时间、搅拌速度对浸出率的影响较为明显;实验确定的Zn2+浸出和S转化的氧分压、酸浓度与电位-pH图确定的区域吻合。
　　第三，系统的研究了硫化锌精矿富氧浸出动力学。实验研究表明:在硫化锌精矿富氧浸出过程中，矿样粒度对金属浸出效果的影响很大，随着矿物粒度的减小，金属(Zn，Fe)浸出率升高;浸出过程速率与矿粒的初始半径ro成反比关系;浸出过程由表面化学反应所控制，并遵循“未反应核减缩型”的表面化学反应控制的动力学规律，动力学方程为:lnk'=8.85*103/T+5.634，相应的活化能E=73.58kJ/mol。
　　第四，分别使用二甲苯、四氯乙烯和硫化铵作为提取剂，提取硫化锌精矿富氧浸出得到的单质硫，比较了各提取工艺优缺点，得出使用硫化铵提取浸出渣中的单质硫的工艺是最适合的。对硫化锌精矿富氧浸出过程中产生的有价金属如铟、钴、银的提取进行了研究，提出了合理的回收方法。
　　最后，本文研究了浸出体系单质硫和浸出也酸平衡与转化，提出富氧浸出体系酸平衡与循环利用新思路，在理论上推导出硫化锌精矿中的硫在富氧浸出过程中的转化和循环条件，并通过实验验证了富氧浸出体系的硫的转化与循环的酸平衡。该理论研究对缺酸、少酸地区的硫化锌精矿富氧浸出生产具有重要意义。目前，已用于指导云南冶金集团的氧压浸出生产实践。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 锌的概述

1．1．1 锌的性质

1．1．2 锌的主要化合物及用途

1．1．3 锌合金分类及其优缺点

1．2 锌冶炼原料

1．2．1 锌冶炼原料种类

1．2．2 锌储量

1．3 锌的冶炼方法

1．3．1 火法炼锌

1．3．2 湿法炼锌

1．3．3 其他炼锌工艺

1．4 锌冶炼技术的发展

1．4．1 火法炼锌技术发展

1．4．2 湿法炼锌技术发展

1．5 硫化锌精矿富氧浸出的后处理

1．5．1 硫化锌精矿富氧浸出渣中S的提取方法

1．5．2 硫化锌精矿富氧浸出渣中金属银的回收方法

1．5．3 硫化锌精矿富氧浸出液中铟的提取方法

1．5．4 硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除方法

1．6 课题的提出

1．7 研究内容

第2章 实验原料及研究方法

2．1 实验原料与试剂

2．2 实验设备

2．3 实验方法

2．3．1 磨矿

2．3．2 富氧浸出实验

2．3．3 浸出后处理

2．4 硫化锌精矿浸出酸平衡实验

2．4．1 纯硫磺氧化实验

2．4．2 浸出渣中提取的硫的氧化实验

2．4．3 浸出渣的氧化实验

2．5 分析方法

2．5．1 ICP全谱直读发射光谱仪分析

2．5．2 X射线衍射分析

2．5．3 扫描电镜分析

2．5．4 比表面积分析方法

2．5 相关计算公式

2．5．1 实验原料加料量

2．5．2 浸出及后处理相关计算公式

第3章 硫化锌精矿富氧浸出体系热力学研究结果与讨论

3．1 电位-pH图基本原理

3．2 水溶液性质

3．2．1 H2SO4-ZnSO4-H2O体系的溶液密度

3．2．2 溶液的平衡分压

3．2．3 O2在溶液中的溶解度

3．3 ZnS-H2O系中可能发生的反应的热力学及ZnS-H2O系电位-pH图的绘制

3．3．1 ZnS-H2O系中可能发生的反应

3．3．2 高温水溶液热力学计算方法的选择

3．3．3 ZnS-H2O系中各物质G0T值计算

3．3．4 ZnS-H2O系电位-pH图的绘制

3．4 Fe-H2O系中可能发生的反应的热力学及Fe-H2O系电位-pH图的绘制

3．4．1 Fe-H2O系中可能发生的反应及G0T值

3．4．2 150℃时Fe-S-H2O系电位-pH图的绘制

3．5 In-S-H2O系中可能发生的反应的热力学及In-H2O系电位-pH图的绘制

3．5．1 In-S-H2O系中可能发生的反应及G0T值

3．5．2 In-S-H2O系电位-pH图的绘制

3．6 本章小结

第4章 硫化锌精矿富氧浸出研究结果与讨论

4．1 硫化锌富氧浸出实验

4．1．1 液固比的影响

4．1．2 初始酸浓度的影响

4．1．3 浸出温度的影响

4．1．4 氧分压的影响

4．1．5 搅拌速度的影响

4．1．6 添加剂含量的影响

4．1．7 浸出时间的影响

4．1．8 合理工艺条件对电位-pH图的验证

4．2 人工合成闪锌矿富氧浸出实验

4．2．1 粒度的影响

4．2．2 液固比的影响

4．2．3 初始酸浓度的影响

4．2．4 浸出温度的影响

4．2．5 氧分压的影响

4．2．6 搅拌速度的影响

4．2．7 添加剂含量的影响

4．2．8 浸出时间的影响

4．2．9 合理工艺条件对电位-pH图的验证

4．3 闪锌矿精矿富氧浸出实验

4．3．1 粒度的影响

4．3．2 液固比的影响

4．3．3 初始酸浓度的影响

4．3．4 浸出温度的影响

4．3．5 氧分压的影响

4．3．6 搅拌速度的影响

4．3．7 添加剂含量的影响

4．3．8 浸出时间的影响

4．3．9 合理工艺条件对电位-pH图的验证

4．4 本章小结

第5章 硫化锌精矿富氧浸出后处理实验研究结果与讨论

5．1 浸出渣中S的回收

5．1．1 二甲苯提硫

5．1．2 四氯乙烯提硫

5．1．3 硫化铵提硫

5．1．4 合理工艺条件的选择

5．2 浸出渣中金属银的回收

5．2．1 调整剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．2 液固比对浸出渣中银浮选的影响

5．2．3 粗选时捕收剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．4 粗选时起泡剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．5 矿浆pH值对浸出渣中银浮选的影响

5．2．6 粗选时间对浸出渣中银浮选的影响

5．2．7 扫选时捕收剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．8 扫选时起泡剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．9 扫选时间对浸出渣中银浮选的影响

5．2．10 精选时捕收剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．11 精选时起泡剂用量对浸出渣中银浮选的影响

5．2．12 精选时间对浸出渣中银浮选的影响

5．2．13 合理工艺条件的选择

5．3 浸出后稀散金属铟的回收

5．3．1 低速搅拌时间对硫化锌精矿富氧浸出液中铟提取率的影响

5．3．2 料液pH值对硫化锌精矿富氧浸出液中铟提取率的影响

5．3．3 P507用量对硫化锌精矿富氧浸出液中金属In的提取率的影响

5．3．4 表面活性剂用量对硫化锌精矿富氧浸出液中金属In的提取率的影响

5．3．5 内相H2SO4浓度对硫化锌精矿富氧浸出液中金属In的提取率的影响

5．3．6 油内比对硫化锌精矿富氧浸出液中金属In的提取率的影响

5．3．7 乳水比对硫化锌精矿富氧浸出液中金属In的提取率的影响

5．3．8 合理工艺条件的选择

5．4 硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除

5．4．1 氧化剂加入量对硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除的影响

5．4．2 除钴剂加入量对硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除的影响

5．4．3 浸出液pH值对硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除的影响

5．4．4 反应温度对硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除的影响

5．4．5 反应时间对硫化锌精矿富氧浸出液中钴的去除的影响

5．5 本章小结

第6章 硫化锌精矿富氧浸出动力学研究结果与讨论

6．1 概述

6．2 粒度对闪锌矿精矿富氧浸出动力学的影响

6．3 初始酸浓度对闪锌矿精矿富氧浸出动力学的影响

6．4 浸出温度对闪锌矿精矿富氧浸出动力学的影响

6．5 氧分压对闪锌矿精矿富氧浸出动力学的影响

6．6 本章小结

第7章 硫化锌精矿富氧浸出过程中硫的走向及酸平衡计算

7．1 实验中硫酸的消耗计算

7．2 硫与硫酸根转化反应的热力学研究

7．3 富氧浸出S向硫酸根转化实验

7．3．1 纯物质硫氧化实验

7．3．2 富氧浸出渣中提取的硫的氧化实验

7．3．3 富氧浸出渣的氧化实验

7．4 本章小结

第8章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要科研情况