一种低污染沉矾除铁湿法炼锌方法 【技术领域】
本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种湿法炼锌方法。
背景技术
目前湿法炼锌除铁的方法主要有黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法，其共同特点是采用高温高酸浸出，使焙烧矿中的铁酸锌溶解，从而提高锌的回收率，并使进入溶液中的铁锌分离。其不同点是在分离铁锌时，溶液中的铁以不同形式的铁沉淀物从溶液中分离出来。黄钾铁矾法是目前湿法炼锌中最广为采用的流程，全世界湿法炼锌产量的一半以上是用黄钾铁矾法生产的，全世界有二十几家工厂采用该法生产。黄钾铁矾法操作比较容易，能耗低，但需要消耗一定的碱试剂；针铁矿法铁渣量少，但能耗大，氧化还原过程实现较繁杂；赤铁矿法投资较高，技术复杂，操作难度大。黄钾铁矾法除铁过程需要加入中和剂，而且几乎所有采用该方法生产的厂家都用锌焙砂作中和剂，这样就不可避免地使部分未溶解的锌及有价金属残留在铁矾渣中，导致锌及有价金属的损失，同时也污染铁矾渣，不利于矾渣堆存和今后进一步处理。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种低污染沉矾除铁湿法炼锌方法，该方法可以处理成分复杂的锌精矿，提高金属回收率，增强脱除杂质的能力，提高最终产品质量，降低原辅材料和能源消耗，减少污染，利于环境保护，便于有价金属的综合回收等。
本发明的低污染沉矾除铁湿法炼锌方法包括如下几个步骤：
(1)中性浸出：将锌焙砂加入废电解液、沉矾溢流液和二氧化锰进行中性浸出，产生中性浸出溢流液和中性浸出底流液，75～95％左右的锌溶解进入中性浸出溢流液中，将中性浸出溢流液经过净化、电积提取锌，而其余的锌(主要是铁酸锌)与全部的铁、砷、锑、锗等有害杂质进入中性浸出底流液中；
(2)低温预中和：将中性浸出底流液加入高温高酸浸出溢流液、二氧化锰进行低温预中和，当终酸不能满足工艺要求时，加入适量焙砂中和，产生低温预中和溢流液和低温预中和底流液；
(3)高温高酸浸出：将低温预中和底流液加入废电解液和硫酸进行高温高酸浸出，高温高酸浸出溢流液返回低温预中和，高温高酸浸出渣堆存；
(4)低污染沉矾除铁：将低温预中和溢流液加入碳酸氢铵和碳酸氢钠进行低污染沉矾除铁。将低污染沉矾除铁产生的沉矾溢流液返回中性浸出槽进行中性浸出，低污染沉矾渣堆存。
上述工艺步骤中所使用的二氧化锰原料可以用电积锌工艺步骤产生的阳极泥代替或者部分代替。因为阳极泥里含有二氧化锰，这样可以降低生产成本。
本发明各步骤工艺参数如下：
(1)中性浸出：固液比1∶8～18，始酸20～60g/L，终酸PH为4.8～5.4，反应温度50～80℃，反应时间1～2h；
(2)低温预中和：固液比1∶6～10，始酸20～40g/L，终酸5～15g/L，反应温度50～70℃，反应时间1～2h；
(3)高温高酸浸出：固液比1∶6～12，始酸120～160g/L，终酸30～80g/L，反应温度90℃以上，反应时间2～6h；
(4)低污染沉矾除铁：固液比1∶6～12，始酸8～18g/L，终点含Fe≤3g/L，反应温度90℃以上，反应时间3～5h。
本发明各步骤更优化的工艺参数如下：
(1)中性浸出：固液比1∶10～15，始酸30～50g/L，终酸PH为5.2～5.4，反应温度60～75℃，反应时间1～1.5h；
(2)低温预中和：固液比1∶7～9，始酸25～35g/L，终酸8～12g/L，反应温度55～65℃，反应时间1～1.5h；
(3)高温高酸浸出：固液比1∶7～9，始酸130～150g/L，终酸40～70g/L，反应温度90～95℃，反应时间3～5h；
(4)低污染沉矾除铁：固液比1∶7～9，始酸10～18g/L，终点含Fe≤2g/L，反应温度90～95℃，反应时间3.5～4.5h。
本发明的工艺过程和反应基本原理如下：
低污染沉矾除铁基本原理是：“低污染沉矾除铁”之前，先通过高温高酸浸出，将铁最大限度地浸出出来，然后通过低温预中和调整溶液的组成，以便在沉矾过程中不需添加中和剂就能满意地除铁。常规沉矾法除铁过程需要加中和剂，而且几乎所有采用常规沉矾法生产的厂家都用锌焙砂作中和剂，这样就不可避免地使部分未溶解的锌及有价金属残留于铁矾渣中，导致锌及有价金属的损失，同时也污染铁矾渣，不利于环境保护和矾渣的进一步处理。另外低污染沉矾除铁在沉矾时，由于离子取代作用，砷、锑所形成的阴离子可以取代铁矾晶格中的硫酸根，而后，CL、F取代晶格中的OH-，使溶液得以净化。
(1)中性浸出：将锌焙砂加入废电解液、沉矾溢流液和一定量的二氧化锰进行中性浸出。该工艺的目的在于最大程度地将焙砂中的锌浸出来，将其中有害杂质如砷、锑、锗等除去。
主要反应式：
加入二氧化锰的主要目的是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，为除铁创造条件。加入二氧化锰的量要根据亚铁含量来确定。
主要反应式：
(2)低温预中和：将中浸底流加入高酸浸出溢流、一定量的二氧化锰进行低温预中和；低温预中和控制终酸为5～15g/L，当终酸不能满足这个指标时，加入适量焙砂中和，在生产中既可采用中浸底流，也可采用中浸底流和焙砂相结合方式就能很好地控制其终点。低温预中和的目的：用中性浸出底流液和焙砂来稀释中和高温高酸浸出溢流液，以降低高酸浸出液酸度和铁浓度，为低污染沉矾除铁创造条件。
主要反应式：
(3)高温高酸浸出：将预中和底流液加入废电解液和适量硫酸进行高温高酸浸出，提高酸度和温度，目的在于使焙烧矿里的铁酸锌溶解。
主要反应式：
(4)低污染沉矾除铁：将预中和溢流液加入碳酸氢铵和碳酸氢钠，在不加入中和剂的前提下，让溶液中的三价铁离子成为既不溶解于硫酸，又溶易沉淀、洗涤和过滤的黄钾铁矾晶体而沉淀下来。低污染沉矾溢流液返回中性浸出槽，沉矾渣回收金属铟或作微肥。碳酸氢铵和碳酸氢钠的用量要根据预中和溢流液中铁的含量来确定。
主要反应式为：
本发明的主要优点在于：该工艺适于处理成分复杂的锌精矿；提高金属回收率，增强脱除杂质的能力，提高最终产品质量，降低原辅材料和能源消耗，减少污染，利于环境保护，便于有价金属的综合回收等。总浸出率达到98.5％以上，总回收率95％以上，0号锌品级率90％以上，直流电耗2900kwh/t左右，电流效率88％左右。
【附图说明】
下面结合工艺流程图对本发明进一步详细说明：
图1是本发明低污染沉矾除铁湿法炼锌方法工艺流程图
【具体实施方式】
实施例1：如图1所示，本发明低污染沉矾除铁湿法炼锌方法主要包括四个工艺步骤：
(1)中性浸出：将沉矾溢流液和废电解液连续打入氧化槽内，并根据亚铁含量加入二氧化锰，控制酸度为40～50g/L，含铁控制在1～2g/L。将氧化槽内的液体和焙砂连续打入中浸槽内，控制中浸槽内矿浆PH为5.0～5.4，固液比1∶12～14，温度65～72℃，时间1～1.2h，经过中浸浓密产生中性浸出溢流液和中性浸出底流液。
(2)低温预中和：将中性浸出底流液和高温高酸浸出溢流液打入预中和槽，并根据亚铁含量加入二氧化锰，控制固液比为1∶7～8，始酸30～35g/L，终酸8～12g/L，当终酸不能满足这个指标时，加入适量焙砂中和，反应温度58～65℃，反应时间1～1.2h。经过预中和浓密产生低温预中和溢流液和低温预中和底流液。
(3)高温高酸浸出：将低温预中和底流液、废电解液和适量的硫酸打入高温高酸浸出槽，控制固液比为1∶7～8，始酸135～145g/L，终酸50～60g/L，反应温度90～95℃，反应时间3.5～4.5h。经过高浸浓密和压滤产生高温高酸浸出溢流液和高温高酸浸出渣。
(4)低污染沉矾除铁：将低温预中和溢流液打入低污染沉矾槽，根据含铁量加入碳酸氢铵和碳酸氢钠，控制固液比为1∶7～8，始酸12～15g/L，终点Fe≤3g/L，反应温度90～95℃，反应时间3.8～4.2h。经过沉矾浓密和压滤产生沉矾溢流液和铁矾渣。
实施例2：工艺步骤与实施例1相同，工艺参数如下：
(1)中性浸出：控制固液比1∶8～10，始酸为35～40g/L，含铁控制在1～2g/L，中浸槽内矿浆PH为4.8～5.2，温度55～65℃，时间1.5～2h。
(2)低温预中和：控制固液比为1∶6～8，始酸35～38g/L，终酸9～15g/L，反应温度55～62℃，反应时间1.2～1.5h。
(3)高温高酸浸出：控制固液比为1∶6～9，始酸140～150g/L，终酸55～65g/L，反应温度90～95℃，反应时间3.8～4.2h。
(3)低污染沉矾除铁：控制固液比为1∶8～10，始酸10～12g/L，终点Fe≤2g/L，反应温度90～95℃，反应时间4.5～5h。