2013本科學位論文答辯鋅精礦和中浸渣熱酸浸出過程鐵還原研究答辯人：趙從富指導教師：魏昶教授答辯日期：2013-6-6主要內容1.課題的研究背景、目的和內容2.實驗研究進展與成果

3.結論

4.研究方向及建議

一、課題的研究背景、目的和內容1.1課題的研究背景

硫化鋅精礦焙燒鐵轉化成穩定態的鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）,鋅主要以氧化物形式存在中性浸出只有1%-3%的鐵酸鋅溶解，需要進行熱酸浸出熱酸浸出大部分鐵酸鋅溶解，鋅浸出率提高，但同時有大量Fe3+也進入浸出液中，造成過濾澄清困難，也影響后續的沉銦、沉銅和除鐵工藝，需要將Fe3+還原成Fe2+添加還原劑浸出液中的Fe3+還原成Fe2+浸出液

一、課題的研究背景、目的和內容傳統工藝的不足需要將熱酸浸出液單獨進行鐵還原，增加了生產流程和勞動強度，且還原過程比較難控制。由于增加了鐵還原和多次固液分離流程，使得生產周期變長。需要添加SO2、ZnSO3、Fe、ZnS等還原劑進行還原，增加了生產成本和生產設備。1231.2Fe3+還原劑的技術性能比較

一、課題的研究背景、目的和內容還原劑技術性能Fe鐵的負電性較強，能與溶液中多種金屬離子反應，鐵粉消耗量大，且會增加溶液中的鐵離子含量，加大后續除鐵工序的負擔。FeS磁黃鐵礦在酸溶液中較容易溶解，且溶液中的S2-還原性較強。但是會產生H2S氣體，污染較大且不安全。PbS產生S和PbSO4，浸出渣過濾性差，產生Pb-Zn混合渣，不易回收SO2浸出還原效果好，渣率低，技術要求高（100%SO2氣體）尾氣問題難解決，投資大ZnS工序冗長，每個工序都有液固分離，渣率沒有降低，惰性較強，要求溫度較高。但比較廉價且不會帶入雜質。1.3實驗構思及目的

一、課題的研究背景、目的和內容本課題針對傳統工藝的不足，使用硫化鋅精礦作還原劑，直接將中性浸出渣和硫化鋅精礦按一定的比例混合，在高溫高酸條件下進行熱酸浸出。這樣可以使中浸渣浸出和Fe3+的還原同時進行，減少了工藝流程且能充分利用高溫高酸的條件。鋅焙砂中浸渣硫化鋅精礦熱酸浸出鋅浸出率提高，同時鐵酸鋅溶解產生的Fe3+被硫化鋅精礦還原成Fe2+。主要原理反應式為：2Fe3++ZnS+H2SO4=ZnSO4+S+2Fe2++2H+

一、課題的研究背景、目的和內容1.4研究內容主要研究內容1234使用硫化鋅精礦作熱酸浸出液鐵還原劑及其還原性的研究熱酸浸出鐵還原的影響因素及各因素的影響規律研究找出一套熱酸浸出鐵還原工序的最佳工藝參數值使用最佳工藝參數值進行重復試驗，分析結果，驗證實驗方案的合理性二、實驗研究進展與成果鋅精礦成分及特點元素ZnFeInSSiO2AgCuCoNiCd含量/%49.7716.0458.3g/t31.894.4534.5g/t0.580.00610.00310.16

該鋅精礦含鐵量達到16%，屬于高鐵閃鋅礦。由于在選礦過程中很難將鋅鐵分離，所以在冶煉過程中必須考慮鋅鐵的分離，那么酸浸液中鐵的還原是必不可少的步驟。此外，該鋅精礦中還含有數量可觀的伴生金屬，可考慮綜合回收及利用。2.1實驗原料及特點二、實驗研究進展與成果中浸渣成分及特點元素ZnFeInSSiO2AgCuCoNiCd含量/%25.9426.58560g/t3.758.6897.2g/t1.000.00480.00650.087

中浸渣中鋅的含量還很高，占25.94%，鐵的含量高達26.58%。從中浸渣XRD圖可以看出，中浸渣的主要物象組成為難容的鐵酸鋅，為實現鐵酸鋅的高效溶解，提高鋅、銦、鐵的浸出率，需進一步強化浸出條件，為此在后續實驗中開展中浸渣的酸浸實驗，并研究浸出過程鐵的還原情況。圖2.1中浸渣XRD譜圖二、實驗研究進展與成果2.2初始硫酸濃度對鐵還原的影響圖2.2初始硫酸濃度對鐵的還原率的影響從圖2.2可以看出，浸出液中硫酸濃度對鐵的還原率影響并不大。改變初始酸度，鐵的還原率變化不大，始終都大于97%。綜合考慮選擇初始酸濃度為160g/L較為合理。二、實驗研究進展與成果2.3液固比對鐵還原的影響圖2.3液固比對鐵的還原率的影響由圖2.3可知，鐵還原的還原率隨液固比的增大而升高。當液固比L:S=6:1時，鐵的還原率達到94.15%，鐵的還原比較充分。且當液固比L:S>6時，隨著液固比的增大，鐵的還原率升高趨勢變緩。所以選擇液固比L:S=6:1比較合理。二、實驗研究進展與成果2.4鋅精礦加入量對鐵還原的影響圖2.4礦渣比對鐵的還原率的影響

由圖2.4可以看出，礦渣比小于0.25時，鐵的還原率隨著礦渣比的增大而迅速升高。礦渣比為0.25時，鐵的還原率達94.75%，還原比較充分。隨著礦渣比的繼續增大，鐵的還原率有小幅度的上升，但上升趨勢平緩，鐵的還原率變化不大。所以綜合考慮，選擇礦渣比為0.25:1比較合理。二、實驗研究進展與成果2.5反應溫度對鐵還原的影響圖2.5反應溫度對鐵的還原率的影響

由圖2.5可知，隨著反應溫度的上升，鐵的還原率提高，且升高趨勢較為明顯。到90℃時鐵的還原率達到97.26%，溶液中剩余的Fe3+濃度很低。此外，根據鐵酸鋅的分解機理可知，鋅、銦、鐵等金屬的浸出率也隨溫度的升高而上升。所以溫度選擇90℃。二、實驗研究進展與成果2.6反應溫度對鐵還原的影響圖2.6反應時間對鐵的還原率的影響

由圖2.6可知，鐵的還原率隨著反應時間的增加而升高，當反應進行到3h時，三價鐵的還原率達到97.14%。隨著反應的繼續進行，鐵的還原率有小幅度的升高，但升高趨勢緩慢。從節約能源及減短生產周期方面考慮，可選定反應時間為3h較適宜。二、實驗研究進展與成果2.7原料粒度對鐵還原的影響圖2.7原料粒度對鐵的還原率的影響

從圖2.7可以看出，隨著原料粒度的變細，溶液中鐵的還原率逐漸上升，-200目時鐵的還原率為96.54%，當原料粒度超過200目時，隨著原料粒度的再細化，鐵的還原率變化不大。并且原料粒度過細，會使浸出液粘度過大，造成過濾和洗渣困難等問題。所以選擇原料粒度-200目較合適。二、實驗研究進展與成果2.8還原酸浸綜合驗證實驗實驗條件：初始酸濃度160g/L，反應溫度90℃，反應時間3h，原料粒度-200目，液固比6:1，礦渣比0.25:1，使用這組優化技術參數值進行3次重復實驗得到的實驗結果如下。浸出液浸出渣pH值Fe(g/L)Fe2+(g/L)Fe2+/比例%渣率/%Zn

%In

g/tFe

%0.2236.235.898.9016.66.74183.35.440.2136.035.097.2217.06.75178.24.790.2535.835.298.3216.06.69186.75.03

通過使用各工藝參數的優化值進行三次實驗，得到鐵的還原率都超過97%，三價鐵的還原很充分。并且Zn、In、Fe等金屬的浸出率達到比較高的水平，渣率也比較理想。二、實驗研究進展與成果還原酸浸渣成分分析元素ZnFeInSSiO2AgCuCoNiCd含量/%6.75.76183.3g/t36.319.34470.9g/t0.37<0.005<0.0050.052中浸渣經還原酸浸之后，酸浸渣中鋅的含量僅為6.7%，鐵的含量為5.76%，較中浸渣中的含量有大幅度的降低，效果比較明顯。此時，還原酸浸渣中的鋅與鐵主要賦存于硫化物和硅酸鹽中，中浸渣中以鐵酸鋅形式存在的鋅和鐵大部分溶解進入酸浸液。三、結論實驗結論：1234得到一組優化技術參數值為：初始酸濃度160g/L、反應時間3h、反應溫度90℃、礦渣比0.25:1、液固比6:1、原料粒度-200目。通過驗證實驗，說明實驗結果比較理想，且實驗原理和方案是合理的。在高溫高酸條件下，硫化鋅精礦是一種比較理想的三價鐵還原劑。將熱酸浸出中浸渣和酸浸液鐵還原同時進行是可行的。四、研究方向及建議針對所得實驗成果與不足，作以下建議：1234本實驗是在實驗室條件下進行的小型實驗，研究所得的優化參數值不一定適用于工業生產，還需要進行大量的生產實踐和總結。硫化鋅精礦惰性較強，需要在高溫高酸條件下進行還原，勞動強度大，能耗高，還原劑選擇上仍有很大的空間。可研究一種無害催化劑，替代高溫高酸的苛刻生產條件，加速反應。資源