《有色金属冶金 教学课件 ppt 作者 王鸿雁 主编 重金属冶金 高职二3 锌焙砂的浸出》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有色金属冶金 教学课件 ppt 作者 王鸿雁 主编 重金属冶金 高职二3 锌焙砂的浸出（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 锌焙砂的浸出,3.1 浸出实质与方法,3.2 锌焙矿的浸出,3.3 硫化锌精矿的直接浸出,3.4 氧化锌矿的浸出,3.5 浸出、浓缩、过滤设备,3 锌焙砂的浸出,湿法冶金是在低温（25250）及水溶液中进行的一系列冶金作业过程。,湿法炼锌过程可分为焙烧、浸出、净化、电解和熔铸五个阶段，以稀硫酸溶剂溶解含锌物料中的锌，使锌尽可能全部地溶入溶液中，得到硫酸锌溶液，再对此溶液进行净化以除去溶液中的杂质，然后从硫酸锌溶液中电解析出锌，电解析出的锌再熔铸成锭。,与火法炼锌相比，湿法炼锌具有产品纯度高、金属回收率高、综合利用好、劳动条件好、环境易达标、过程易于实现自动化和机械化等优点。,湿法炼锌的浸出
2、是以稀硫酸溶液（废电解液）作溶剂，控制适当的酸度、温度和压力等条件，将含锌物料（如锌焙砂、锌烟尘、锌氧化矿、锌浸出渣及硫化锌精矿等）中的锌化合物溶解呈硫酸锌进入溶液、不溶固体形成残渣的过程。浸出所得的混合矿浆再经浓缩、过滤将溶液与残渣分离。,浸出的目的是使含锌物料中的含锌化合物尽可能迅速与完全地溶解进入溶液，而杂质金属尽可能少地溶解，并希望获得一个过滤性良好的矿浆。为了达到浸出的目的，浸出过程可采用不同的浸出方法。,3.1 浸出实质与方法,3.2 锌焙矿的浸出,硫化锌精矿经沸腾焙烧，所产锌焙砂和锌烟尘混合后称为锌焙烧矿。锌焙烧矿中的锌主要呈ZnO、ZnSO4、ZnOFe2O3、 ZnS及2Zn
3、OSiO2等形态存在，其它伴生金属铁、铅、铜、镉、砷、锑、镍、钴等也呈类似的形态。脉石成分则呈氧化物，如CaO、MgO、Al2O3及SiO2形态存在。,3.2.1 浸出反应的热力学,锌焙烧矿用稀硫酸溶剂进行浸出时，发生以下几类反应： (1)ZnSO4的溶解：它们直接溶解于水形成硫酸锌水溶液。 硫酸锌很易溶于水，溶解时放出溶解热，溶解度随温度升高而增加。,(2)氧化锌及其它金属氧化物： 锌焙烧矿的主要成份是自由状态的ZnO，浸出时与硫酸作用进入溶液： ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O ZnO及其它金属氧化物在稀硫酸的作用下，溶解反应的通式可用下式表示：,MenO + mH2SO
4、4 = Men(SO4)m + mH2O,3.2.2 金属氧化物、铁酸盐、砷酸盐、硅酸盐在酸浸过程中的稳定性,锌焙矿中存在的金属氧化物、铁酸盐、砷酸盐和硅酸等锌的多种化合物，它们在酸浸出过程中溶解的难易程度，或在酸性溶液中的稳定性，可用pH来衡量。,(1)金属氧化物在酸性溶液中的稳定性的次序是： SnO2Cu2OFe2O3Ga2O3Fe3O4In2O3CuOZnO NiOCaOCdOMnO 铁的氧化物较难溶解，故在常压、温度为25100、pH为 11.5的浸出条件下可以实现Mn、Cd、Co、Ni、Zn、Cu与铁的分离。,(2)金属的铁酸盐在酸性溶液中的稳定性的的次序为： ZnOFe2O3NiO
5、 Fe2O3CoO Fe2O3CuO Fe2O3,(3)金属的砷酸盐，在酸性溶液中的稳定性的次序为： FeAsO4Cu3(AsO4)2Co3(AsO4)2 Zn3(AsO4)2,(4)金属硅酸盐，在酸性溶液中的稳定性的次序为： PbSiO2 FeOSiO3 ZnOSiO3,(5)锌、铜、钴等金属化合物的稳定次序是： 铁酸盐硅酸盐砷酸盐氧化物,(6)所有氧化物、铁酸盐、砷酸盐的pH均随温度升高而下降，即要求在更高的酸度下进行浸出。,3.2.3 锌焙烧矿中各组分在浸出时的行为,（1）氧化锌 氧化锌浸出时与硫酸作用进入溶液： ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O,（2）硫化锌 ZnS在
6、常规的浸出条件下不溶而入渣，但溶于热浓的硫酸中，其反应为： ZnS+H2SO4 = ZnSO4+H2S,但实际上浸出溶液中高铁盐含量很少，且废电解液中硫酸浓度不大，故硫化锌在实际浸出过程中基本不溶解而进入浸出渣中。,在硫酸铁的作用硫化锌可按下反应部分地溶解： Fe2(SO4)3 + ZnS = ZnSO4 + 2FeSO4 + S,（3）硅酸锌（2ZnOSiO2） 2ZnOSiO2能溶解在稀硫酸中。当60浸出时，溶液pH3.8，2ZnOSiO2即可溶解但在硅进入溶液后易形成胶体硅酸，使以后的澄清和过滤发生困难。当pH值升高到5.25.4时，硅酸发生凝聚，并与Fe(OH)3一同沉淀入渣。 2Zn
7、OSiO2 + 2H2SO4 = 2ZnSO4 + SiO2H2O,（4）铁酸锌（ZnOFe2O3） ZnOFe2O3在中性浸出时(温度6070，终点酸度15g/L H2SO4)，浸出率只有13，几乎不溶解而进入浸出残渣中造成锌的损失。采用高温高酸浸出焙砂，铁酸锌可按以下反应溶解： ZnOFe2O3 + 4H2SO4 = ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O 与此同时，大量的铁进入溶液。因此，采用此法时必须首先解决溶液的除铁问题。,铁 铁在锌焙烧矿中主要呈Fe2O3状态、自由状态或结合成铁酸盐状态，部分以Fe3O4状态存在。Fe2O3在以很稀的硫酸浸出时不溶解，但以废电解液浸出时部分
8、地以Fe2(SO4)3形式进入溶液中。,FeO在很稀的硫酸溶液中溶解呈FeSO4进入溶液。硫酸盐状态的铁可溶于水。Fe3O4不溶于稀硫酸。当浸出物料中有金属硫化物存在时，Fe2(SO4)3被还原为FeSO4。,2Fe2+ + MnO2 + 4H+ = 2Fe3+ + Mn2+ + 2H2O,在中性浸出终了时，pH值为55.4，Fe2+不水解，而Fe3+则很易水解形成Fe (OH)3沉淀除去。为了在浸出终了能使铁盐水解除去，需要将Fe2+氧化成Fe3+。在实际浸出操作中，常用二氧化锰(软锰矿或阳极泥)作氧化剂在酸性介质中氧化Fe2+，其反应如下：,镍、镉、钴 在酸性和中性浸出时很容易溶解，生成硫
9、酸盐进入溶液。,砷和锑 砷和锑以砷酸盐和锑酸盐存在于焙砂中，浸出时溶解主要以络阴离子进入溶液,Al2O3 在在酸性浸出时部分溶解，大部分不溶。,CuO 在中性浸出时不溶解，在酸性浸出时约有50%溶解进入溶液。,硅 焙砂中游离态的SiO2不溶进入渣中，硅酸盐则在稀硫 酸溶液中部分溶解，生成的二氧化硅呈胶体状态存在于溶液中。,PbSO4在浸出时不溶解留在渣中。MgSO4和CaSO4微溶，当溶液温度降低时，MgSO4和CaSO4便结晶析出，堵塞管道。,硫酸盐,金与银 金在浸出时不溶解，完全留在浸出残渣中。银在锌焙砂中以硫化银(Ag2S)与硫酸银(Ag2SO4)的形态存在，硫化银不溶解，硫酸银溶入溶液
10、中，溶解的银与溶液中的氯离子结合为氯化银沉淀进入渣中。,镓、铟、锗、铊 镓、铟、锗在酸性浸出时，能部分地溶解，在中性浸出过程中水解而进入浸出的残渣中。铊浸出时进入溶液中，在加锌粉净化除铜、镉时将与铜、镉一道进入铜镉渣中而被除去。,3.2.4 浸出过程动力学,锌焙砂的浸出过程是属于固-液相之间的多相反应，浸出速度主要取决于表面化学反应速度和扩散速度。物质的扩散成为浸出速度的限制步骤。要提高浸出速度，必须要提高扩散速度。,3.2.4 浸出过程动力学,浸出速度与温度、溶剂浓度、搅拌强度、矿的粒度、矿浆粘度及锌焙烧矿的物理化学特性有关。充分磨细矿物(增大反应表面积)、提高温度(增大扩散系数)，提高溶剂
11、浓度(增大溶液与反应表面处的酸的浓度差)，加强搅拌(减少扩散层厚度)等可加快浸出速度。 浸出率是指溶液中的锌量与浸出物料中总锌量之比的百分数，是浸出过程的重要技术经济指标之一。,3.2.5 中性浸出及中和水解除杂质,中性浸出过程包括焙烧矿中ZnO的溶解和浸出液中Fe3+的水解两个过程。对ZnO是溶解属浸出过程。对Fe3+是中和水解除铁，属净化过程。,水解除杂质就是在浸出终了调节溶液pH值，使锌离子不致水解，而杂质金属离子全部或部分以氢氧化物Me(OH)n形式析出。降低溶液的酸度是加入某些中和剂，如锌焙砂、锌烟尘、石灰乳等。,中性浸出主要反应为：,水解反应：Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(
12、OH)3+3H2SO4,中和反应：2H2SO4+3ZnO=3ZnSO4+3H2O,总反应：Fe2(SO4)3+3ZnO+3H2O=ZnSO4+2Fe(OH)3,3.2.5 中性浸出及中和水解除杂,中性浸出的目的就是控制浸出终点pH值为5.25.4，使铁、砷、锑水解以氢氧化物的形态沉淀入渣： Men+ + nH2O = Me(OH)n + nH+ 该反应的平衡条件是：,3.2.5 中性浸出及中和水解除杂质,1、三价铁水解及净化作用 在中性浸出过程中，控制终点pH=5.25.4，可同时使Fe3+、Sn2+、Al3+等杂质以氢氧化物的形态沉淀下来：,Mn+ + nOH- = M(OH)n,当pH=5
13、.25.4时，溶液中的Zn2+、Cu2+、Fe2+、Ni2+、Cd2+、Co2+等不能沉淀出来。为了在浸出终了能使其中的Fe2+水解除去，而Fe3+则很易水解形成Fe (OH)3沉淀除去，因此需要用二氧化锰(软锰矿或阳极泥)作氧化剂在酸性介质中将Fe2+氧化成Fe3+ ：,2Fe2+ + MnO2 + 4H+ = 2Fe3+ + Mn2+ + 2H2O,2、水解除硅 硅在浸出矿浆中基本上以胶体状态存在。硅胶过多将使矿浆澄清、沉降性能恶化。硅酸的等电点在pH=2附近，pH2时，硅胶微粒带负电，pH2时硅胶微粒带正电。浸出终点控制在pH=5.2时，氢氧化铁和硅酸胶体带有相反的电荷，两种胶体会聚结在
14、一起发生共同沉淀。,为了使浸出矿浆易于沉降或过滤，工业生产通常向溶液中加入聚丙烯酰胺（三号凝聚剂）来改善和加速沉降过程。 但聚丙烯酰胺在矿浆中的加入量不能加入过多，否则会产生相反的现象，阻碍各胶粒的互相凝聚。,在浸出后期水解除杂质主要是针对铁、砷、锑、硅几个元素进行。,在中性浸出过程中，控制中性浸出温度为5070、终点pH=5.25.4、适当的搅拌强度和中和速度以及加入凝聚剂，有利于Fe(OH)3的凝聚及与硅胶相互凝聚而共同沉淀。在锌焙砂中性浸出Fe3+沉淀的同时，溶液中的As、Sb可与铁共同沉淀进入渣中。为使As、Sb降至0.1mg/l以下，生产实践中一般控制Fe与As、Sb之比为1015倍
15、。如果溶液中铁不足，必须补加FeSO4。,在中性浸出过程中，为了得到过滤性良好的矿浆，应控制好一下条件：浸出温度为5070，终点pH为5.25.4，减少焙砂中可溶性SiO2的含量，搅拌速度不宜过大，当pH值达5时应停止搅拌，中和速度不宜过快，加入适当的絮凝剂（如丹宁酸、二丁基萘磺酸钠、树脂等，我国多采用“三号絮凝剂”）。,3.2.6 中性浸出过程的实践,1 、浸出过程对原料的要求 全锌量、可溶锌量、水溶锌量、可溶二氧化硅量、砷锑氟含量、可溶铁量、不溶硫量等是衡量焙烧矿质量好坏的标志。,焙烧矿含锌的多少与浸出渣的数量有直接关系；可溶锌是表明原料中可浸出锌的数量，它直接影响锌的浸出率和回收率；水溶
16、锌可起到补充浸出系统硫酸量的作用,原料中杂质，如硅、砷、锑、氟、氯等的含量愈少愈好。,浸出过程对原料有如下要求：,（1）焙烧矿全锌含量：一般要求焙烧矿含锌量应在50%以上。,（2）可溶锌率：常规浸出法一般要求可溶锌率大于90%。,（3）铁含量：在常规浸出法中，焙烧矿中含铁量增加1%，不溶锌量增加0.6%。在热酸浸出法中，除影响作业进程外，也影响铁渣量的多少。,（6）氟、氯及残硫量：一般要求焙烧矿含氟、氯不大于0.02%。残硫量也是影响浸出率的关键，应愈低愈好。,（5）砷、锑含量：一般要求锌精矿中砷加锑的含量不应超过0.3%0.5%，焙烧矿中砷、锑量之和应小于0.4%。,（4）二氧化硅含量：焙烧矿中可溶硅含量愈低愈好，一般要求精矿含SiO2量最高不超过5%。,2 、中性浸出对技术条件的控制,（1）浸出终点的控制：中性浸出时控制终点pH值5.25.4，达到除去铁、砷、锑、锗等有害杂质的目的。,（2）一次中性浸出液质量的控制：中性浸出液的质量要求Fe20毫克/升，As0.24毫克
