鐵酸鋅的溶解與中性浸出過程的沉鐵反應(yīng)

1、5.5 鐵酸鋅的溶解與中性浸出過程的沉鐵反應(yīng) 5.5.1 鐵酸鋅的溶解鋅焙砂經(jīng)過常規(guī)法工藝的中性與酸性浸出以后，得到的浸出渣仍含鋅高， 一般為20%22%。當(dāng)處理含鐵高的精礦時，渣含鋅還會更高。這種浸出渣處理在上世紀(jì) 70 年代以前都是經(jīng)過一個火法冶金過程將鋅還原揮發(fā)出來，變成氧化鋅粉再進(jìn)行濕法處理。這樣使?jié)穹掍\廠的生產(chǎn)流程復(fù)雜化，且火法過程的燃料、 還原劑和耐火材料消耗很大，生產(chǎn)成本高。 為了解決浸出渣的處理問題， 必須清楚地了解渣中鋅是以什么形態(tài)存在的。 下面是幾個廠浸出渣中鋅的物相結(jié)果，以占渣中總鋅的百分?jǐn)?shù)列于表 5-4中。 表5-4 鋅在浸出渣中按不同形態(tài)分配的百分比和總鋅量（%）

2、從表5-4所列數(shù)字可以看出，鐵酸鋅中的鋅量占渣中總鋅量的60%以上。這說明，在一般的濕法煉鋅浸出過程中，鐵酸鋅將不溶解而進(jìn)入渣中。如能提高焙砂質(zhì)量，則可降低渣中硫化鋅的含量；加強(qiáng)渣的洗滌則可降低渣中硫酸鋅的含量，這樣渣中鐵酸鋅所占的鋅量將會提高到99%以上，所以，要想簡化原有濕法煉鋅流程，取消浸出渣火法處理及ZnO粉的浸出過程，必須研究 ZnO·Fe2O3在浸出時的溶解條件。根據(jù)相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可畫出鐵酸鋅-水系電勢-pH 圖（見圖5-8）。圖5-8 ZnO·Fe2O3 -H2O系電位-pH 圖（ aZn2+ =aFe3+ =aFe2+ =1 ，實(shí)線T=298K ，虛線T=

3、373K ）從圖5-8可知： 隨著溫度的升高（從298K升至373K ），ZnO·Fe2O3- Zn2+平衡線向左方（酸度升高方向）移動，表明ZnO·Fe2O3 的穩(wěn)定區(qū)增大，即酸浸難度增大；欲提高浸出溫度，勢必提高浸出液酸度，才能取得好的浸出效果。 ZnO·Fe2O3的浸出分兩段進(jìn)行，首先在低酸下按反應(yīng) ZnO·Fe2O3 + 2H+ = Zn2+H2O+Fe2O3溶出Zn2+，隨后在高酸下按反應(yīng)Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O 溶出Fe3+，即鋅比鐵優(yōu)先溶解。從浸出動力學(xué)來看，ZnO·Fe2O3屬于難以分解的鐵氧體。鋅焙砂中鐵酸鋅呈球

4、狀，其表面積在熱酸浸出過程中是變化的，過程會呈現(xiàn)“縮核模型”動力學(xué)特征，即ZnO·Fe2O3的酸溶速率與表面積成正比。 從以上對ZnO·Fe2O3酸溶的理論分析可以得出結(jié)論： 對于難溶球狀ZnO·Fe2O3的溶出，要求有近沸騰溫度（95100）和高酸（終酸4060g/L）的浸出條件以及較長的時間（34h），鋅浸出率才能達(dá)到99% 。 5.5.2 中性浸出過程的沉鐵反應(yīng) 前已述及，在中性浸出時只有將溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，才能在終點(diǎn)pH值為5左右時Fe3+以 Fe（OH）3 的形式從溶液中完全沉淀下來。為使溶液中Fe2+ 氧化為Fe3+，必須將溶液的電勢值提

5、高到0.8以上。在生產(chǎn)中提高電勢所采用的氧化劑有軟錳礦（MnO2）或鼓入的空氣。 為了說明MnO2與空氣中O2對Fe2+的氧化作用，可將其氧化還原反應(yīng)的電勢 -pH關(guān)系繪在Fe-H2O系電勢-pH 圖（圖5-9）上。圖5-9 Fe3+e=Fe2+ 系電位-pH 圖 從圖5-9可以看出，溶液的pH愈小，、線所表示的氧化電勢愈高，即Fe2+被氧化為Fe3+的趨勢愈大。所以在用 MnO2作氧化劑時，宜在酸性溶液中進(jìn)行。 在浸出液含酸1020g/L的條件下進(jìn)行氧化，效果較好。 鋅電解液中錳的含量一般波動在35g/L之間。軟錳礦是鋅溶液中Fe2+的好氧化劑，各個工廠都樂于采用。軟錳礦中二氧化錳含量較高，

6、可達(dá)60%以上，所含的主要雜質(zhì)一般為氧化鐵和二氧化硅，對濕法煉鋅無大的影響。雖然軟錳礦價格不高，但仍需花費(fèi)資金，并且要增加渣量，故有的工廠改用空氣氧化。 圖5-9中的線表明，空氣中的氧完全可以使溶液中的Fe2+被氧化為Fe3+，在中性溶液中空氣的氧化能力比MnO2還強(qiáng)。Fe2+被氧化的反應(yīng)式可寫為： 4H+ +4Fe2+O2 =4Fe3+2H2O Fe2+氧化為Fe3+的反應(yīng)速度，除了與Fe2+本身的濃度有關(guān)以外，還與溶解于溶液中的氧濃度及溶液酸度有關(guān)。在溫度為2080、pH為02的范圍內(nèi)，溶液中O2愈大，F(xiàn)e2+的氧化反應(yīng)速度便愈大。所以實(shí)際生產(chǎn)中為了提高O2， 應(yīng)將空氣噴射入溶液，使之高度

7、分散，產(chǎn)生極細(xì)小的氣泡。也有工廠采用富氧鼓風(fēng)。 當(dāng)溶液的酸度愈低，即pH值愈大時，F(xiàn)e2+的氧化速度增大。當(dāng) pH小于2 時，溶液中的Fe2+ 幾乎不被空氣中的O2氧化。所以，在用空氣氧化Fe2+的過程中，需加入焙砂進(jìn)行預(yù)中和，以提高溶液的pH值。 根據(jù)試驗(yàn)研究，在用空氣進(jìn)行氧化時，Cu2+的存在有利于反應(yīng)加速進(jìn)行。有人曾測定過鐵和銅的氧化電勢隨 pH 值變化的情況。當(dāng)pH大于2.5時，溶液中的Cu2+可以直接氧化Fe2+。 用中和法沉淀鐵時，溶液中的As與Sb，Ge可以與鐵共同沉淀。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中溶液中的As，Sb，Ge的含量比較高時，為了使它們能完全沉淀，必須保證溶液中有足夠的鐵離子濃度

8、。溶液中的鐵含量應(yīng)為As+Sb總量的10倍以上，當(dāng) Sb含量高時要求更高。在As與Sb含量高的情況下，溶液中鐵含量不夠時，應(yīng)在配制中性浸出料液時加入FeSO4或Fe2（SO4）3 ，但鐵的總濃度不應(yīng)超過1 g/L， 否則會使中性浸出礦漿的澄清性質(zhì)變差。氫氧化鐵除砷、銻的作用可以簡述如下：氫氧化鐵是一種膠體，膠體微粒帶有電性相同的電荷，所以相互排斥而不易沉降，在不同的酸度下因吸附的離子不同，帶的電荷亦不相同。在溶液pH<5.2時，F(xiàn)e（OH）3膠粒帶正電；在pH>5.2時它帶負(fù)電，定位離子為OH-，其等電點(diǎn)在pH=5.2附近。pH<5.2時，F(xiàn)e（OH）3膠粒帶正電；AsO3-4 ，SbO3-4 將成為其反離子。一般來說溶液中各種負(fù)離子都可以成為“反離子”從而被膠核所吸引，其中一部分可以進(jìn)入膠團(tuán)內(nèi)一起運(yùn)動。 在工業(yè)浸出液中，可成為反離子的物質(zhì)很多，如SO2-4，OH-，SbO3-4，SiO2-4， GeO2-4等，但它們進(jìn)入膠團(tuán)吸附層的數(shù)量將取決于這些離子的濃度和電荷的大小，濃度大、電荷高的更易進(jìn)入吸附層，濃度和電荷相比電荷作用更大。因此進(jìn)入氫氧化鐵膠粒吸附層的負(fù)離子主要是AsO3-4 ，SbO3-4，SO2-4，也會有少量的SiO2-4和OH-。 砷、銻只有在溶液酸度很高的情況下方能以陽離子As5+，Sb