氧化锌矿是硫化锌矿床长期风化的产物,也可作为炼锌的一种原料。我国是氧化锌矿资源较为丰富的国家之一,开发应用此类矿石有很好的经济价值。由于所含矿物的特性,氧化锌矿的浮选回收迄今为止还是个难题；若采用火法处理,为了满足其渣型,需配入大量的熔剂及消耗大量燃料,能耗、成本高且污染环境；常压酸浸处理异极矿和硅酸锌矿的最大难点是酸浸过程生成难以过滤的硅胶；碱法浸出和氨法浸出对湿法炼锌工艺和设备提出了新要求,仅停留在实验室研究或半工业阶段。本论文研究了以空气为加压气体,对高硅氧化铅锌矿采用加压酸浸处理新工艺,并对其中的关键技术进行了理论和试验研究。概括为以下主要内容和结论：1、计算了主要酸溶反应的△Gθ与T关系方程,以及K值与T的关系式；并得出结论：当反应温度为50℃左右时,高硅氧化铅锌矿中含锌物质及其他矿物与硫酸的化学反应基本上都能自动向右进行；对于硅酸脱硅的反应,常温常压下,该反应很难向右进行,但当温度≥120℃时,反应可以自动向右进行。2、计算并绘制了不同温度下的Zn-H20系和Zn-Si-H2O系的ET-pH图。分析得出：在高温条件下,为了浸出锌,需控制相对较高的始酸浓度；为了确保控制在SiO2物相稳定区,需维持相对较高温度(≥120℃)条件。3、高硅氧化铅锌矿常压酸浸存在以下问题：浸出矿浆不好过滤；工艺条件要求严格控制；锌回收率不高,均小于92%；矿浆中的锌与硅、铁等杂质不能有效分离,后续还需进行脱硅及除铁工序处理；耗酸大；常压浸出液和浸出矿浆很容易转化成硅冻胶,从而无法液固分离。4、系统研究了加压浸出工艺条件对浸出效果和矿浆过滤性能的影响,得出了最佳工艺条件为：液固比3：1-4：1,始酸浓度120～140g/L,釜内压力0.4～0.6MPa,温度110～130℃,粒度-0.074mm占95%以上,时间60min,搅拌转速400～500r/min。在此条件下,Zn浸出率>97%,Si浸出率<1%,Fe浸出率<6%,铅入渣率>97%,产液速率>1030L·m-2·h-1,浸出液含Zn2+118～131g/L、Fe0.0087～0.026g/L、Si0.04～0.16g/L。与常压酸浸比较,加压酸浸工艺具有矿浆过滤性能良好、锌直接回收率高、反应速度快、工艺流程简洁、脱硅效果好、高效除铁、耗酸低、原料适应性强等优势。5、对于溶液脱硅的研究表明：为了避免硅胶的产生,可控制较高的反应温度以利于高温脱硅；或选择较低的始酸浓度、矿浆终点pH值在3～5.5范围,利用pH值、电解质等影响促使硅溶胶聚集沉淀。过滤性能良好的浸出渣在XRD图上显示出衍射线的强度与清晰度都较为显著,而过滤性差的浸出渣表现出X射线衍射强度较弱且模糊。SEM分析表明：难过滤的浸出渣中含有树枝状的硅胶,硅胶之间塞满了其它微小颗粒,没有太多缝隙空间利于液体的流通。6、人工合成硅酸锌加压酸浸过程的研究结果表明：升高温度能破坏硅溶胶的稳定性进而有利于硅酸的脱水过程；产液速率随终点pH值的升高而增大；浸出体系的水量超过了某个限度时,硅浸出率的升高幅度显著,促进了硅胶的生成；控制恰当的工艺条件,则荷负电的硅胶与荷正电的氢氧化铁溶胶在静电引力作用下会完全聚沉。7、系统研究了加压酸浸动力学,计算出了反应的表观活化能为14.3kJ/moL、始酸浓度和釜内压力影响的表观反应级数分别为1.139和0.277,酸浸过程受内扩散控制；建立了四个工艺条件共同对锌浸出影响的宏观动力学方程：1-2/3R-(1-R)2/32.9546×10-11×r0-2CH2SO41.139×PAir0.277×exp(-14330/RT)t8、跟踪考察了高硅氧化锌矿加压酸浸工艺工业化生产情况,优化了工艺技术条件,考察了连续化生产情况。结果表明该工艺具有锌回收率高,浸出料浆过滤性能好,工艺流程简短,反应条件易于实现和控制,浸出液含硅、含铁低无需额外除杂处理,生产成本低等优点。
