锌焙砂硫酸浸出及制取铁酸锌试验研究

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铁酸锌的性能优良,用途广泛,需求市场大,但目前使用的铁酸锌均是以纯净化合物为原料人工合成的。生产成本高、工艺复杂、产量小等一系列问题限制了铁酸锌的大规模生产和应用,因此,亟待研究、开发具有工业应用价值的铁酸锌制备新工艺、新技术。我国的锌矿资源丰富,含铁硫化锌精矿在传统湿法炼锌工艺中不可避免的生成铁酸锌,并赋存在锌浸出渣中,且目前均通过破坏铁酸锌的晶体结构回收锌、铁,由此会造成工艺流程复杂、能源和材料消耗大、铁渣难以处理、有价金属难以回收、环境污染严重等问题。本论文以广西某冶炼厂含锌53.22%、含铁14.20%的锌焙砂为研究对象,拟将湿法炼锌副产铁酸锌作为产品独立分离出来。论文采用硫酸浸出的方法,考察了硫酸浓度、液固比、浸出温度、搅拌速度、浸出时间等因素对锌、铁浸出的影响,通过对比纯铁酸锌与锌焙砂中铁酸锌的溶解规律,得出制备铁酸锌的最佳工艺条件,并采用X-荧光、XRD及化学分析等方法对产品进行研究。得出以下结论:(1)锌焙砂中易溶锌溶解时所消耗的酸量与化学反应式所对应的计量关系吻合,35g的酸足以使50g锌焙砂中的ZnO全部溶解,ZnO优先于铁矿物耗酸。当酸量小于ZnO的理论耗酸量时,ZnO几乎消耗所有的酸,而铁矿物几乎不耗酸;只有当硫酸用量超过ZnO的理论耗酸量而ZnO全部溶解时,铁矿物才开始消耗剩余的硫酸,且铁的浸出率随着硫酸剩余量的增大而增大。(2)液固比对锌、铁浸出的影响实质是硫酸用量的影响。搅拌速度仅对浸出速率产生影响,而对锌、铁浸出率影响不大。浸出温度对锌焙砂中锌、铁浸出率的影响与硫酸用量相关,当硫酸用量不足时,浸出温度对锌、铁浸出率影响不大;当硫酸用量充足时,锌、铁浸出率均随浸出温度的升高而增大,但浸出温度对铁的浸出效果影响更明显。(3)浸出时间对锌、铁浸出率的影响也与硫酸用量有关,当硫酸用量不足时,随着浸出时间的延长,锌的浸出率增大,铁的浸出率低,在1%以下;当硫酸用量充足时,随着浸出时间的延长,锌的浸出率变化小,铁的浸出率显著增大。(4)从矿物溶出顺序来看,当硫酸浓度小于120g/L时,主要是ZnO的溶解,表现为XRD图谱中氧化锌衍射峰消失明显,而铁矿物衍射峰几乎不变;当硫酸浓度为120g/L-160g/L时,主要是Fe203和ZnSiO4的溶解,表现为XRD图谱中氧化铁及硅酸锌衍射峰消失明显;当硫酸浓度大于200g/L时,铁酸锌溶解明显,表现为XRD图谱中铁酸锌衍射峰有所减弱。(5)纯铁酸锌中锌的溶解度随硫酸浓度及浸出温度近似呈线性变化。硫酸浓度小于200g/L时,纯铁酸锌中锌溶解度变化快,硫酸浓度大于200g/L时,锌的溶解度变化小;当浸出温度小于55℃时,纯铁酸锌中锌的溶解度随浸出温度变化缓慢,当温度大于55℃时,纯铁酸锌中锌的溶解度随温度的增大而显著增大。(6)当浸出时间为5min~30min时,锌焙砂中的铁酸锌溶解量很小;当浸出温度为60-90min,浸出温度达到75℃,硫酸浓度达到200g/L以上时或浸出时间为150min~180min,浸出温度达到75℃,硫酸浓度达到120g/L以上时,锌焙砂中的铁酸锌开始溶解。(7)采用锌焙砂硫酸浸出方法制取铁酸锌的最佳工艺条件为:液固比7:1,搅拌速度400rpm,浸出温度75℃-85℃,硫酸浓度120g/L~160g/L,浸出时间120min~180min。(8)在最佳工艺条件下可获得83%-86%的铁酸锌,但其中仍含有石英、铅矾以及少量的赤铁矿、单钾芒硝等杂质矿物,后续仍需对所制取的铁酸锌产品进行分离提纯。综上,本论文针对目前国内外锌浸渣的处理现状,提出将铁酸锌从锌浸渣中作为产品独立分离出来,开辟了湿法炼锌副产铁酸锌的新的利用模式,具有一定的创新性和学术价值,对资源的综合利用及可持续发展具有一定的现实意义。
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