閃鋅礦氧化氨浸行為探討范文
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摘要：在NH3－（NH4）2SO4體系中，采用氧化氨浸出工藝研究了不同氧化劑（Na2S2O8和BaO2）對(duì)閃鋅礦氧化氨浸行為的影響。結(jié)果表明，在110℃、常壓、總氨濃度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、轉(zhuǎn)速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出時(shí)間4h的條件下，以Na2S2O8和BaO2為氧化劑時(shí)，鋅浸出率分別為28．4％和82％。
關(guān)鍵詞：閃鋅礦；氧化氨浸；NH3－（NH4）2SO4體系；Na2S2O8；BaO2
在閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程中，氧化劑的添加可以有效促進(jìn)閃鋅礦的溶解，從而提高鋅的浸出率。在高溫高壓下，氧氣氧化氨浸出工藝在處理硫化礦中已經(jīng)取得了一定的成功［1－4］。近幾年，閃鋅礦在常壓條件下的浸出行為受到廣泛關(guān)注，氧化劑的選擇在此過(guò)程中起關(guān)鍵作用。過(guò)氧化物、次氯鹽、過(guò)硫酸鹽、Fe3＋作為氧化劑，在硫化礦物氧化浸出過(guò)程的應(yīng)用已有一定的研究。劉春俠等［5］采用過(guò)硫酸鈉為氧化劑，從鈷鎳渣中回收鈷，在最佳試驗(yàn)條件下，得到鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18．04％的富鈷渣（原鈷渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．41％）。趙玲玲［6］等考察了不同氧化劑對(duì)氰化法浸出金、銀的影響，研究表明，BaO2比其他氧化劑更能促進(jìn)金和銀的溶解。廖元雙［7］等研究H2O2為氧化劑對(duì)黃鐵礦氰化浸出金的影響，浸出12h，金浸出率達(dá)94％。GKHA等［8］采用氯酸鈉為氧化劑，在鹽酸溶液中從閃鋅礦精礦中提取鋅，結(jié)果表明，鋅的溶解可以通過(guò)具有表面化學(xué)反應(yīng)的收縮核模型來(lái)表示，溶解反應(yīng)的活化能為41．1kJ／mol。AYDOGAN等［9］研究閃鋅礦精礦在FeCl3－HCl體系中的浸出行為，結(jié)果表明，化學(xué)反應(yīng)為速控步驟。本文選擇BaO2、Na2S2O8為氧化劑，在NH3－（NH4）2SO4體系中研究氧化劑對(duì)閃鋅礦氧化氨浸行為的影響。
1試驗(yàn)
1．1試驗(yàn)原料ZnS精礦購(gòu)于湖南某公司，將ZnS精礦研磨成不同尺寸顆粒（0．037～0．172mm）。采用X射線熒光光譜（XRF）和化學(xué)分析方法對(duì)ZnS精礦的化學(xué)成分和礦物成分進(jìn)行分析，ZnS精礦的XRF分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）：Zn43．23、S21．59、Fe6．78、Pb15．08、O7．58、Mg0．12、Al0．71、Si1．04、K0．16、Ca3．30、Cd0．40。鋅的物相分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）：硫酸鋅0．02、氧化鋅0．19、閃鋅礦33．20、鋅鐵尖晶石9．00、其他0．82。
1．2試驗(yàn)方法采用GSH－2L高壓反應(yīng)釜為反應(yīng)器，試驗(yàn)條件：溫度110℃、常壓、總氨濃度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、轉(zhuǎn)速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出時(shí)間4h。在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，取出適量的浸出漿樣品，離心分離得澄清的浸出液。采用EDTA絡(luò)合滴定法分析浸出液（2．00mL）中的鋅含量。同時(shí)將浸出渣清洗，烘干進(jìn)行XRD分析。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1Na2S2O8對(duì)鋅浸出率的影響從圖1可以看出，未添加任何氧化劑時(shí)，鋅的浸出率非常低，不到5％。當(dāng)Na2S2O8的質(zhì)量增加到90g，浸出4h后，鋅的浸出率從16．8％增大到28％。再增加Na2S2O8質(zhì)量，鋅的浸出率增加不大，Na2S2O8質(zhì)量為120g浸出4h后，鋅的浸出率為28．4％。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在常壓條件下，Na2S2O8作氧化劑對(duì)促進(jìn)閃鋅礦氧化氨浸的效果不太理想，鋅的浸出率比較低。因此，Na2S2O8不適合用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸。這是因?yàn)椋诔簵l件下，Na2S2O8作為氧化劑參與閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程時(shí)，Na2S2O8對(duì)閃鋅礦的氧化速度不夠快，使得部分S2O2－8在NH＋4－（NH4）2SO4體系中快速分解生成O2，而且只有部分O2溶于溶液參與氨浸過(guò)程。也可能與浸出體系的性質(zhì)有關(guān)。Na2S2O8較少用于氨浸行為研究，Na2S2O8在堿性條件下的氧化機(jī)理，尤其是在氨溶液條件下的氧化機(jī)理還處在推理階段，需要用試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證。肖紅霞等［10］在氨水體系中，使用Na2S2O8為氧化劑氧化浸出硫化砷渣中的銅，在總氨濃度4mol／L、35℃、c（NH3）／c（NH＋4）＝1／7、液固比6∶1、浸出時(shí)間3h的條件下，銅浸出率為70．74％。BABU等［11］在硫酸介質(zhì)中，研究過(guò)硫酸鹽作氧化劑直接浸出鋅，優(yōu)化試驗(yàn)條件后，鋅的浸出率可達(dá)95％。DENIZ等［12］用過(guò)硫酸銨浸出黃銅礦精礦，過(guò)硫酸銨分解形成的酸性介質(zhì)和高的氧壓直接浸出黃銅礦，優(yōu)化條件使銅的浸出率最大化和鐵的浸出率最小化，銅和鐵的浸出率分別為57．04％和14．7％。從這些研究結(jié)果可知，過(guò)硫酸鹽在酸性浸出體系中可以很好地浸出有價(jià)金屬，在堿性體系和單獨(dú)用過(guò)硫酸鹽浸出的條件下，有價(jià)金屬的浸出率不高。過(guò)硫酸鹽在堿性條件下不穩(wěn)定，其氧化機(jī)制需要進(jìn)一步探討。
2．2BaO2對(duì)鋅浸出率的影響當(dāng)浸出體系中無(wú)氧化劑存在時(shí)，鋅的浸出率較低，浸出4h后鋅的浸出率僅為4．3％。隨BaO2質(zhì)量的增加，鋅的浸出率增大。當(dāng)BaO2質(zhì)量從10g增大到120g，浸出4h后，鋅的浸出率從15％增大到80％，此后再增大BaO2的質(zhì)量，鋅的浸出率增加不大。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅的浸出率增大，且增大的速率相對(duì)穩(wěn)定，證明BaO2放出氧氣的過(guò)程緩慢穩(wěn)定［6］。同時(shí)使用O2和BaO2作氧化劑時(shí)，與單一添加BaO2作氧化劑時(shí)鋅的浸出率相差不大，說(shuō)明與氧氣在浸出體系中的擴(kuò)散有關(guān)。隨著BaO2質(zhì)量的增加，未反應(yīng)的BaO2在體系中增多，使氧氣的擴(kuò)散阻力增大，此時(shí)增大氧氣的壓強(qiáng)并不能明顯提高鋅的浸出率。劉春霞［13］等在NH3－（NH4）2SO4體系中，采用氧氣作為氧化劑研究閃鋅礦氧化氨浸行為，試驗(yàn)表明，氧壓為0．5MPa、浸出4h時(shí)，鋅的浸出率為70％。因此，BaO2可以用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸過(guò)程。
2．3不同氧化劑條件下浸出渣的XRD分析以Na2S2O8和BaO2為氧化劑，閃鋅礦氧化氨浸后浸出渣的XRD。可以看出，硫化鋅精礦主要包含ZnS、PbS和FeS2相（a線）。以Na2S2O8為氧化劑時(shí)，ZnS、PbS、FeS2相大部分保留在浸出渣中（b線），說(shuō)明在Na2S2O8氧化作用下，只有少量硫化鋅精礦溶解。以BaO2為氧化劑時(shí)（c線），ZnS、PbS和FeS2相大部分被溶解浸出，PbS溶解后Pb2＋與SO2－4形成難溶物PbSO4，而含F(xiàn)e的物相主要以Fe2O3存在，這是因?yàn)镕eS2相在氧化氨浸過(guò)程中也被氧化溶解為Fe3＋，但在NH3－（NH4）2SO4體系中，F(xiàn)e3＋與OH－形成Fe（OH）3沉淀保留在浸出渣中，最后轉(zhuǎn)化為Fe2O3。
2．4浸出機(jī)理由文獻(xiàn)知，BaO2在溶液中緩慢且穩(wěn)定地分解出氧氣，氧氣可以很好地溶于溶液中，而H2O2、Na2O2分解較快［6］，O2大部分溢出溶液。在閃鋅礦氧化氨浸過(guò)程中，BaO2緩慢分解產(chǎn)生的氧氣充分參與閃鋅礦的氧化氨浸過(guò)程。結(jié)合試驗(yàn)研究和BaO2的分解過(guò)程，提出BaO2為氧化劑浸出閃鋅礦精礦的機(jī)理。
3結(jié)論
1）在110℃、總氨濃度4mol／L、［NH3］／［NH＋4］＝5／3、轉(zhuǎn)速500r／min、液固比25、粒度0．063mm、浸出時(shí)間4h的條件下，Na2S2O8作氧化劑，鋅的浸出率僅達(dá)到28．4％；BaO2作氧化劑，鋅的浸出率達(dá)到82％。Na2S2O8不適合用于閃鋅礦的常壓氧化氨浸，而BaO2可以實(shí)現(xiàn)閃鋅礦的常壓氧化氨浸。2）BaO2浸出條件下浸出渣中含Pb的物相主要為PbSO4；含F(xiàn)e的物相主要為Fe2O3。而Na2S2O8浸出條件下，ZnS只有少量溶解。
作者：黃雅玲；尹周瀾；丁治英；劉春霞 單位：中南大學(xué)