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氧化鋅系統(tǒng)銦回收過程中鐵的行為和控制

文檔作者：成世雄1 熊衛(wèi)江2 陳峰2 侯成明2 文檔來源： 1．云錫文山鋅銦冶煉有限公司 2．株洲冶煉集團股份有限公司 3．中南大學冶金與環(huán)境學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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2017年6月第3期成世雄等：氧化鋅系統(tǒng)銦回收過程中鐵的行為和控制·33·
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0．煎妻全曼．，；
氧化鋅系統(tǒng)銦回收過程中鐵的行為和控制
成世雄1?，熊衛(wèi)江2，陳峰2，侯成明2
(1．云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南文山66370l；2．株洲冶煉集團股份有限公司，湖南株洲412004；
3．中南大學冶金與環(huán)境學院，湖南長沙410083)
[摘要] 闡述了鋅濕法冶煉回收鏹過程中鐵在氧化鋅揮發(fā)、氧化鋅浸出、銦萃取及君續(xù)處理過程中
的分布及行為。介紹了氧化鋅系統(tǒng)鐵的控制方法和取得的效果。
[關(guān)鍵詞] 鋅濕法冶煉；銦；富集；鋅精礦；鐵粉；還原
[中圖分類號] TF813；TF843．1 [文獻標志碼] B[文章編號] 1672—6103(2017)03一0033一04
U 日IJ百
銦主要用于液晶面板、LED芯片和光伏薄膜電
池等高科技產(chǎn)業(yè)，被視為“新材料朝陽產(chǎn)業(yè)”，因此
銦的需求量增加迅速，2015年中國產(chǎn)銦錠895．8 t，
其中原生銦為430 t左右。90％的原生銦是從鉛鋅
冶煉副產(chǎn)物次氧化鋅中回收的，而濕法煉鋅各類浸
出渣揮發(fā)富集的銦，是綜合提銦最主要的原料。某
廠2015年銦錠產(chǎn)量為72 t，其氧化鋅系統(tǒng)回收銦包
括各類浸出渣揮發(fā)、氧化鋅浸出及銦萃取三個工序。
由于銦鐵性質(zhì)相近，在銦回收過程中鐵始終伴隨在
銦的揮發(fā)、浸出、萃取過程中，對銦回收和濕法鋅系
統(tǒng)有非常大的影響。
1 氧化鋅系統(tǒng)中鐵的分布
某廠氧化鋅系統(tǒng)銦回收工藝流程圖如圖1所
示，常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)的礦粉浸出渣和直接浸出系
統(tǒng)的針鐵礦渣經(jīng)揮發(fā)窯還原揮發(fā)、多膛爐脫氟氯后
得到的次氧化鋅，以及鉛系統(tǒng)煙化爐產(chǎn)出的氧化鋅
經(jīng)堿洗脫氟氯、預浸出后，共同進行氧化鋅中酸性浸
出、酸上清凈化、萃取、反萃置換等回收銦。
[作者簡介]成世雄(1984一)，男，湖南雙峰人，本科學歷，工程師
主要從事濕法冶煉技術(shù)與管理工作。
[收稿日期]2016一07—06[修訂日期]2017—04—26
‘ 上上上
堿洗揮發(fā)窯揮發(fā)酸性浸出
0 上●
預浸出鋅精礦次孰鋅酸性濃縮壓濾
一l ‘
1
叫。。l ● ●
—‘l”囂l 叢掣氅上清鉛渣
工l+?÷l(送{瞟統(tǒng))
I中性浸出l l凈化l
、還掘爾執(zhí)’
工· ●
中性濃縮壓濾l萃取l 凈厄渣
‘ ‘
—中上T—清中—性l底流 I反萃輩i。熬
圖1氧化鋅系統(tǒng)銦回收工藝流程圖
某廠氧化鋅焙砂中的鐵主要來源于鋅系統(tǒng)的礦
粉浸出渣和針鐵礦，礦粉浸出渣和針鐵礦進入揮發(fā)
窯揮發(fā)，小部分鐵進入氧化鋅焙砂；在氧化鋅高溫高
酸浸出中，鐵主要進人酸上清；酸上清凈化萃取后進
入萃余液，萃余液返回直接浸出系統(tǒng)沉鐵工序產(chǎn)出
針鐵礦。圖2為2015年某廠氧化鋅系統(tǒng)鐵的平衡
分布圖。
2氧化鋅系統(tǒng)中鐵的行為
2．1鐵在揮發(fā)窯的行為
某廠常規(guī)濕法煉鋅產(chǎn)出的礦粉浸出渣與直接浸
出產(chǎn)出的針鐵礦的主要成分如表1所示，為回收其
萬方數(shù)據(jù)
·34· 中國有色冶金A生產(chǎn)實踐篇·稀貴金屬
礦粉浸出
系統(tǒng)
礦粉渣Fe 74 781【I l針鐵礦Fe21 644t l一直接浸出
(346 103 t，21．52％)I l (65 747 t，32．92％)l I 系統(tǒng)
窯渣Fe90949t
(I 22．69％，II 33．54％)
揮發(fā)窯揮發(fā)
直鉛氧化鋅Fe 384t l I氧化鋅焙砂Fe4426．1l tI I還原鋅精礦Fe 366．32 t
(213 33 t，1．8％) I I (107 954 t，4．1％) I I (3 370‘lo．87％)
氧化鋅浸出
中上清Fe 719．18 f
(1106 430 m3，0．65㈣
鐵粉Fel 584t
(1 863 t，85％)
酸上清Fe 3 681．1￡
(144 81l m3，25．42㈣
酸上清凈化工
萃取反萃
萃余液Fe 5 175．2t
(140 59l mi36．81 g／L)
圖2氧化鋅系統(tǒng)鐵的平衡分布圖
中的有價金屬zn、Pb、In等，礦粉浸出渣與針鐵礦進
入揮發(fā)窯處理。
表1 礦粉浸出渣與針鐵礦的主要成分％
礦粉浸出渣中的鐵主要以鐵酸鋅(znO·Fe：0，)
和氫氧化鐵(Fe(0H)，)形式存在，在窯內(nèi)發(fā)生如下
反應(yīng)。1。1：
3ZnO·Fe203+C一2Fe304+3Zn0+C0 (1)
ZnO·Fe，O，+CO—Zn0+2FeO+CO， (2)
2Fe(OH)3一Fe：03+3H20 (3)
當窯內(nèi)溫度在1 050℃以上時，部分氧化鐵還
原成金屬鐵，促使氧化鋅還原：
ZnO+Fe—zn(g)+FeO (4)
ZnO·Fe203+2Fe—zn(g)+4FeO (5)
針鐵礦中的鐵主要以針鐵礦(Fe00H)形式存
在，在窯內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：
2Fe00H—Fe203+H20 (6)
分解產(chǎn)生的Fe，0。、Fe：O，、FeO大部分進入揮發(fā)
窯窯渣開路出鋅系統(tǒng)，小部分(4％～10％)進入煙
氣和冷卻系統(tǒng)，最終進入氧化鋅焙砂中。
2．2鐵在氧化鋅浸出過程中的行為
揮發(fā)窯氧化鋅經(jīng)過多膛爐脫氟氯后進人氧化鋅
浸出工序，氧化鋅焙砂中的鐵主要以Fe，O。、Fe：O，、
Fe0存在，在氧化鋅中性浸出過程中發(fā)生如下反應(yīng)：
Fe304+4H2S04一FeS04+Fe2(S04)3+4H20
(7)
Fe203+3H2S04一Fe2(S04)3+3H20 (8)
FeO+H2S04一FeS04+H20 (9)
Fe2(S04)3+6 H20_2Fe(0H)3+3H2S04
(10)
加入的鋅精礦在酸性浸出高溫高酸條件下與
Fe”發(fā)生如下反應(yīng)：
Fe2(S04)3+ZnS—2 FeS04+ZnS04+S
(11)
2．3鐵在萃取過程中的行為
氧化鋅浸出工序產(chǎn)出的酸上清中的鐵以Fe2+、
Fe3+形式存在，萃取過程中采用P204作為萃取劑，
各種金屬離子進入有機相的順序為H1：
Fe3+>In3+>Ga2+>Cu2+>A13+>Fe2+>Zn2+
為降低酸上清中Fe“對萃取的影響，首先對酸
上清加鐵粉進行凈化，主要反應(yīng)如下：
Fe+H2S04一FeS04+H2 (12)
Fe+2Fe3+-3Fe2+ (13)
等
萬方數(shù)據(jù)
2017年6月第3期成世雄等：氧化鋅系統(tǒng)銦回收過程中鐵的行為和控制·35·
3 氧化鋅系統(tǒng)鐵的控制
3．1揮發(fā)窯鐵的控制
從氧化鋅系統(tǒng)鐵的平衡分布圖可以看出，氧化
鋅系統(tǒng)鐵的主要為氧化鋅焙砂帶入的，占整個氧化
鋅系統(tǒng)所有帶入鐵的65％，因此減少鐵進入揮發(fā)窯
氧化鋅是氧化鋅系統(tǒng)鐵控制的關(guān)鍵。
各類浸出渣在揮發(fā)窯揮發(fā)過程可分為：鉛鋅銦
等有價金屬鹽類分解為氧化物一氧化物被碳還原成
金屬蒸氣一金屬蒸氣與窯內(nèi)氧氣結(jié)合成金屬氧化物
一金屬氧化物被煙氣帶人煙氣及收塵系統(tǒng)回收。在
金屬氧化物回收過程中，少量鐵的氧化物顆粒也會
隨煙氣進入氧化鋅焙砂中，窯內(nèi)煙氣速度越快，帶入
氧化鋅焙砂中的鐵就越多。某廠2012—2013年氧
化鋅焙砂含鐵超過5％，為控制氧化鋅焙砂含鐵，主
要采取了以下措施：
(1)加強礦粉渣與針鐵礦的壓濾操作，控制水
分在25％左右，保證渣與煤焦混合均勻，下料順暢。
(2)原有燃料易在窯尾形成爐結(jié)，影響煙氣流
動，煙氣速度過快，機械夾雜鐵較多。對此，調(diào)整燃
料結(jié)構(gòu)，控制焦比在40％～50％，并用部分廢焦作
為燃料使用。
(3)風壓不足，則爐料翻動不好，窯內(nèi)反應(yīng)不徹
底；風壓過高，煙氣速度則過快。生產(chǎn)中加強窯頭風
壓控制，l 4～3“窯頭風壓控制在0．08～0．1 MPa，4。、
5。窯頭風壓控制在O．11～0．18 MPa。
(4)窯尾負壓對應(yīng)窯尾的煙氣量，同樣條件下，
負壓增加，夾帶會有所增加，并且窯尾溫度反映出的
就是窯內(nèi)反應(yīng)的劇烈程度及系統(tǒng)的通暢性。加強窯
尾風壓、溫度控制，窯尾維持50～100 Pa的微負壓，
控制1 4～3 4窯窯尾溫度≥450℃，44、5 4窯窯尾溫度
≥550℃。
(5)將含鐵高的鍋爐灰開路進入返粉倉配料
使用。
通過各方面的攻關(guān)，2014年以來，揮發(fā)窯氧化
鋅品質(zhì)整體有了較大的提升，揮發(fā)窯氧化鋅含鐵能
夠維持<4．5％。表2為2012年～2016年5月?lián)]發(fā)
窯氧化鋅含鐵。
表2揮發(fā)窯氧化鋅含鐵％
3．2氧化鋅浸出過程鐵的控制
從氧化鋅系統(tǒng)鐵的平衡分布圖可以看出，進入
氧化鋅浸出工藝的鐵分布于中上清、酸上清和鉛渣
中，氧化鋅浸出鐵控制的主要目標是降低酸上清中
鐵和Fe”的含量。
3．2．1 降低酸上清含鐵
為盡量回收氧化鋅焙砂中的有價金屬zn、In
等，某廠氧化鋅浸出工藝中酸性浸出均強化浸出過
程。為強化氧化鋅中性浸出，降低中性浸出渣含鋅，
中性浸出的終點pH值從5．0～5．2調(diào)整至3．5～
4．0，中性浸出渣含鋅從22％下降至18％，同時由于
pH值的降低，氧化鋅中上清Fe“的水解減少，中上
清含鐵從0．4 g／L提高至0．65 g／L，進人中性渣的
鐵減少，有利于降低酸上清含鐵。
3．2．2 酸上清Fe”的控制”。
Fe”在酸上清萃取過程中會優(yōu)先進入有機相
P204，對萃取不利。因此在氧化鋅浸出過程中要控
制低酸上清Fe“的含量。某廠采用鋅精礦還原法，
在氧化鋅焙砂皮帶中加入鋅精礦，使其與氧化鋅焙
砂一起帶人料倉，進入球磨、中性浸出、濃縮、壓濾，
鋅精礦與中性浸出渣混合均勻，在酸性浸出中溶液
的Fe“與鋅精礦的硫化物反應(yīng)，在氧化鋅焙砂含鐵
<5％的情況下，可控制酸上清Fe”<5 g／L，利于酸
上清的萃取。
如鋅精礦加入過多，則過量鋅精礦未反應(yīng)就進
入鉛渣，造成鋅損失；如鋅精礦加入過少，則過多的
Fe”未被還原，造成酸上清Fe3+過高，通過現(xiàn)場摸
索，總結(jié)出了鋅精礦的加入控制原則：
(1)基本原則：“1t鐵，1t精礦”，氧化鋅焙砂中
每含lt鐵，相應(yīng)加入1t還原鋅精礦。
(2)觀察酸上清顏色：酸上清呈棕黃色，為Fe”
顯色，則為還原鋅精礦加入過少；
(3)觀察鉛渣顏色：鉛渣呈黑灰色，為過量鋅精
礦未反應(yīng)完全，還原鋅精礦加入過量。
3．2．3增加高溫高酸還原開路
在2013年某廠氧化鋅焙砂含F(xiàn)e>8％，酸上清
含F(xiàn)e>70 g／L，影響萃取生產(chǎn)的順利進行。為控制
酸上清含鐵，增加了高溫高酸還原開路工藝，如圖3
所示。
部分氧化鋅浸出渣單獨高溫高酸浸出，再加入
過量的還原鋅精礦，控制反應(yīng)時間18 h，反應(yīng)溫度
>75℃，終點酸度>1 509／L，可保證95％的鐵以
萬方數(shù)據(jù)
·36· 中國有色冶金A生產(chǎn)實踐篇．稀貴金屬
氧化鋅焙砂還原鋅精礦
圖3 高溫高酸還原工藝流程圖
Fe2+形式存在，反應(yīng)完成后將高溫高酸還原礦漿
返回球磨進入中性浸出，在中性浸出工序Fe2+以
離子形態(tài)存在于中上清，隨中上清進入礦粉浸出
系統(tǒng)而開路出氧化鋅系統(tǒng)，酸上清含鐵降低至
55 g／L以下。從表3可以看出，通過氧化鋅浸出工
序鐵的控制，酸上清含F(xiàn)e3+從平均7 g／L下降至
5 g／L以下。
3．3萃取過程鐵的控制
氧化鋅浸出工序中產(chǎn)出的酸上清基本可控制
表3 2013年～2015年氧化鋅焙砂含鐵與酸上清Fe3+含量
Fe”<5 g／L，在萃取過程中，各種金屬離子會不同
程度地進入有機相中，增加有機相的負荷，導致分層
緩慢，有機物與水相無法分離，造成有機相乳化，影
響萃取效果。
為進一步降低Fe”、cu“等金屬雜質(zhì)離子對萃
取的影響，在直接萃取前進行鐵粉凈化，在酸上清中
加入過量的鐵粉，大部分的鐵粉和酸反應(yīng)，20％～
25％的鐵粉參與Fe”的還原，凈化后進行壓濾，壓
濾后液鐵合格后進入萃取，濾渣中In、As等含量較
高，進入揮發(fā)窯處理。
4結(jié)論
(1)揮發(fā)窯氧化鋅降鐵是氧化鋅系統(tǒng)鐵控制的
關(guān)鍵和源頭，是整個氧化鋅系統(tǒng)穩(wěn)定平衡控制的基
礎(chǔ)。氧化鋅焙砂含鐵每上升l％，某廠氧化鋅系統(tǒng)
每年氧化鋅焙砂含鐵將增加1 080 t，酸上清含鐵增
加1120 t，增加鐵粉消耗570 t，增加礦粉渣與針鐵礦
渣渣量5 000 t。
(2)氧化鋅浸出控制Fe”的含量是氧化鋅系統(tǒng)
經(jīng)濟有效運行的關(guān)鍵。通過加入還原鋅精礦，可控
制酸上清含F(xiàn)e3+<5 g／L，有利于萃取的進行；通過增
加高溫高酸還原開路工藝，在氧化鋅焙砂鐵超過8％
的惡劣條件下，保證了整個氧化鋅生產(chǎn)的順利進行。
(3)酸上清凈化是整個氧化鋅銦回收鐵控制的
最后一道防線。
[參考文獻]
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(下轉(zhuǎn)第61頁)
萬方數(shù)據(jù)
2017年6月第3期閔國華等：含鋇鉛礦中鉛測定的前處理方法探討·61．
表3 3種方法測得結(jié)果比對％
3 結(jié)論
對含鋇鉛礦中鉛含量測定前處理方法進行優(yōu)
化，主要包括三個方面：(1)分離鋇，避免產(chǎn)生硫酸
鋇鉛復鹽；(2)分離鋇所得不溶渣通過揮硅處理，
測定其鉛殘余量；(3)硫酸鉛過濾液及洗滌液中殘
存鉛的測定。該方法，將影響含鋇鉛礦中鉛含量
測定的因素逐一消除，使得測試結(jié)果準確度大大
提高，測試步驟簡單、快速，適用于日常含鋇鉛礦
中鉛的測定。
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Discussion on pretreatment method of lead determination in barium-containing galena
MIN Guo—hua，zHANG Qing—jian，LIU Mei—dong，YUE Chun—lei
Abstract：For lead detemination in barium—containing galena，lead&amp;amp;barium sulfate could be easily fomed in the
course of lead suIfate precipitation pretreated by acid dissolution， which could result in lower detection value fbr
lead．The cuHent lead determination method is optimized，which effectively eliminates barium奄impact on lead de．
termination and realizes to obtain accurate lead determination in barium—containing galena．
Key words：barium—containing galena；1ead determination；pretreatment
，驢，驢驢艫痧、驢，驢驢痧、護、驢，驢驢護、驢，驢、驢、驢、驢痧護卅礦抄，驢驢驢《礦、驢驢驢、驢、驢、驢、驢、驢、驢、驢，痧護、驢驢，驢痧痧叫驢、驢、護，驢護
(上接第36頁) 自治區(qū)有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集，2008：234—239．
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金屬，2013，29(1)：27—30．
單桃云．對影響銦萃取因素的探討[A]．首屆中西部十二省市
[5] 袁建明，周正華，李向東，等．一種高鐵氧化鋅的處理工藝[P]
中國CN201310658345．1，2014一03一12
BehaVior and control of iron in the indium recoVery process of zinc oxide system
CHENG Shi—xiong，XIONG Wei—jiang，CHEN Feng，HOU Cheng—ming
Abstract：This paper mainly expounds the iron distribution and behavior in zinc oxide volatilization，1eaching，indium
extraction and subsequent treatment process of indium recoVery in zinc hydrometallurgy． It introduces the iron
control method in the zinc oxide system and the achieved results．
Key words：zinc hydrometaUu唱y；indium；enrichment；zinc concentrate；iron powder；reduction

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