低品位锌矿堆浸—萃取—电积工艺研究

论文摘要

锌具有广泛用途，锌表现出良好的市场需求和市场价格，我国锌冶金发展迅速。但由于锌冶金资源有限，导致锌冶金原料供应紧张。为保持锌冶金持续健康发展，必须开发利用各种锌原料，特别是丰富的低品位锌矿资源。低品位的锌矿资源的冶金方法比较多，但能经济、高效利用低品位锌资源的方法没有。要开发低品位锌矿的冶金新技术，才能实现低品位锌矿充分利用。我们对现有的锌冶金工艺进行对比分析后确定低品位锌矿的冶金工艺是堆浸→氧化中和除铁→萃取→反萃→有机相脱除→电积。在该工艺的研究中，创新地将堆浸法浸出低品位氧化锌矿、细菌浸出时采用混合细菌浸出、浸出液萃取前采用氧化中和除铁、中和净化液使用单一的P204萃取、萃取过程不进行中和游离酸（或不进行有机相的皂化处理）、反萃采用锌电积废液直接反萃和反萃液中的有机相用活性炭进行脱除等应用到低品位锌矿的提取冶金中。这些方法的应用，使低品位锌矿的冶金过程消耗降低，成本减少，形成了低品位锌矿的新的冶金工艺。低品位硫化锌矿使用就地采集培养的细菌，其能有效浸出硫化锌矿中的锌。细菌搅拌浸出、细菌柱浸和不同规模的堆浸结果表明，在细菌接种量10～20％，多次接种，浸出的pH=1.5～2.0，锌的年细菌浸出率大于80％。对细菌浸出过程规律的研究认为硫化锌矿中锌的浸出是细菌直接作用的结果，浸出过程中Fe3+作用不十分明显。低品位氧化锌矿中锌浸出性能好，采用堆浸工艺是可行的。堆浸周期在6个月以上，锌的堆浸浸出率大于90％。低品位锌矿的浸出液不能直接萃取锌，直接萃取时铁被萃取，使萃取剂再生工艺复杂，并产出大量的用途不大的废酸。合适工艺是氧化中和除铁后再萃取。用理论量的1.2倍工业二氧化锰、室温、2～3h和加石灰石作中和剂中和至终点的pH=5.1～5.3条件下就可使铁脱除率大于99％，溶液中铁的浓度在2mg／l以下。除铁过程中锌的损失率小于2.5％。除铁后液采用单一的P204进行萃取，合适的萃取有机相组成40％P204+60％煤油，萃取过程不中和产生的游离酸，也不对有机相进行皂化处理。萃取条件为室温、萃取级数为5～10级，混合时间5min，相比（A／O）为1～1.5：1，萃取终点pH=1.0左右，对于10～15g／l的溶液而言，锌的萃取率可达85～88％。萃取过程中萃取级数增加和有机相的增加（相比O／A增加）并不能明显增大锌的萃取率，提高萃取温度有利锌的萃取。萃取过程中，除铁以外的其它杂质基本上不被萃取，仅少量Co、Ni等的萃取也不影响锌的电积过程，并在电积中开路除去。锌的负载有机相可直接使用电积废液进行反萃。反萃级数3～5级，相比（A／O）为3～3.5：1，混合时间5min，用电积锌的废电积液（含硫酸135～150g／l）就能将97～99％的锌反萃下来，反萃后有机相含锌0.3g／l左右，杂质除铁外在有机相中没有富集，而进入反萃液中；负载有机相含锌＞12g／l时，反萃液中锌离子浓度增加大于40g／l，反萃液中的锌离子浓度为88～95g／l，游离酸70～75g／l。有机相与水相容易分离，分离澄清速度快。有机相中P204大于40％时容易产生乳化现象。有机相在溶液中溶解度随温度的升高而升高，随酸度的升高而降低。反萃液中溶解的有机相明显影响电积过程，造成阴极烧板，表面变黑，析出锌以粉末状形态存在，阴极表面不致密，阴极电积周期明显降低（低于14h），使锌电积过程最终不能正常进行。反萃液中有机相可采用活性炭吸附就完全消除有机相对电积的影响。+40目的活性炭的用量为40～80g／l时，基本消除有机相对锌电积的影响。脱除有机相后的反萃液与废电积液混合后进行电积可以获得1#以上的阴极锌。电积过程同极间距70mm，电积阴极电流密度500A／m2，牛胶加入量20mg／l左右时，电积周期24h，电积温度40℃时，电积的电流效率在89～92％，锌电积直流电耗3000度／吨锌左右。本论文主要创新点为：研究形成低品位锌矿全湿法的提取冶金工艺。低品位锌矿浸出过程采用硫酸堆浸工艺，浸出硫酸盐溶液采用氧化中和除铁，除铁后的硫酸盐溶液采用单一的P204萃取技术，萃取过程没有进行中和游离酸，反萃采用锌电积废液直接反萃，有机相采用活性炭进行脱除。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 锌及其化合物的物理化学性质
• 1.1.1 锌的物理化学性质
• 1.1.2 锌的无机化合物的物理化学性质
• 1.1.3 锌的有机化合物的物理化学性质
• 1.2 锌及其化合物的用途
• 1.2.1 锌的用途
• 1.2.2 锌化合物的用途
• 1.2.3 锌在植物和生物体中作用
• 1.3 炼锌原料和资源情况
• 1.4 锌的生产与市场
• 1.5 开发利用低品位锌矿的目的和意义
• 1.6 结论
• 第二章 锌冶金工艺概况
• 2.1 锌冶金的历史
• 2.2 炼锌方法
• 2.2.1 火法炼锌
• 2.2.2 锌的湿法炼锌
• 2.2.3 其它炼锌方法
• 2.3 低品位锌矿冶金方法
• 2.3.1 低品位锌矿的概念
• 2.3.2 低品位硫化锌矿的冶金工艺
• 2.3.3 低品位氧化锌矿的冶金工艺
• 2.4 锌浸出-萃取发展过程
• 2.5 低品位锌矿浸出-萃取-电积工艺的优势
• 2.6 低品位锌矿浸出-萃取-电积试验研究工艺流程
• 2.7 结论
• 第三章 试验研究原料的理化性质
• 3.1 低品位硫化锌矿的理化性质
• 3.2 低品位氧化锌矿的理化性质
• 3.3 结论
• 第四章 低品位硫化锌矿细菌浸出试验研究
• 4.1 细菌浸出原理及菌种选择原则
• 4.1.1 细菌浸出原理
• 4.1.2 菌种选择原则
• 4.2 低品位硫化锌矿浸出细菌采集和驯化培养
• 4.2.1 细菌的采集、培养和驯化
• 4.2.2 细菌的活性实验
• 4.3 低品位硫化锌矿细菌浸出条件试验
• 4.3.1 摇瓶浸出试验
• 4.3.2 细菌搅拌浸出试验
• 4.4 低品位硫化锌矿的细菌柱浸试验研究
• 4.4.1 硫化锌矿的细菌柱浸试验研究
• 4.4.2 柱浸加菌与不加菌对比试验
• 4.5 低品位硫化锌矿堆浸试验研究
• 4.6 细菌浸出过程的动力学分析
• 4.7 细菌浸出低品位硫化锌矿结论
• 第五章 低品位氧化锌矿的浸出性能及堆浸试验研究
• 5.1 低品位氧化锌矿的浸出性能研究
• 5.1.1 硫酸浓度对低品位氧化锌矿浸出率的影响
• 5.1.2 浸出时间对低品位氧化锌矿浸出率的影响
• 5.1.3 液固比对浸出的影响
• 5.1.4 综合条件试验
• 5.2 低品位氧化锌矿堆浸试验研究
• 5.3 低品位氧化锌矿堆浸过程动力学分析
• 5.4 低品位氧化锌矿堆浸过程结论
• 第六章 浸出液的除铁工艺研究
• 6.1 浸出液除铁工艺流程论证和除铁方法选择
• 6.1.1 浸出液除铁工艺流程论
• 6.1.2 除铁方法选择和原理
• 6.2 浸出液氧化中和除铁试验研究
• 6.2.1 细菌浸出液的氧化中和除铁试验研究
• 6.2.2 氧化锌矿堆浸浸出液氧化中和除铁试验研究
• 6.3 浸出液氧化中和除铁过程分析
• 6.4 浸出液氧化中和除铁试验研究结论
• 第七章 净化液的萃取—反萃过程研究
• 7.1 萃取和反萃体系的研究
• 7.1.1 P204、TBP和TOA的萃取机理
• 7.1.2 P204（D2EHPA）萃取体系基本工艺参数的研究
• 7.2 除铁后液的萃取过程研究
• 7.2.1 细菌浸出净化液的萃取过程研究
• 7.2.2 低品位氧化锌浸出净化液的萃取过程研究
• 7.2.3 萃取过程分析
• 7.2.4 萃取过程结论
• 7.3 萃取过程中有机相和水相的澄清分离过程研究
• 7.3.1 萃取时澄清分离试验研究
• 7.3.2 萃取澄清分离过程分析
• 7.4 负载有机相的反萃过程研究
• 7.4.1 反萃机理
• 7.4.2 反萃混合时间对反萃的影响
• 7.4.3 反萃酸度对锌反萃的影响
• 7.4.4 反萃的相比对锌反萃的影响
• 7.4.5 反萃液中锌离子的浓度对反萃的影响
• 7.4.6 反萃温度对锌反萃的影响
• 7.4.7 多级反萃对含锌负载有机相的反萃影响
• 7.4.8 反萃过程结论
• 7.5 萃取-反萃的工艺设备分析
• 7.5.1 现有萃取设备概况
• 7.5.2 硫酸锌溶液萃取设备的优化选择和结论
• 第八章 反萃液有机相脱除与电积过程研究
• 8.1 萃取有机相对锌电积过程的影响
• 8.1.1 不同电流密度下有机相对锌电积的影响
• 8.1.2 有机相在不同酸锌比时对锌电积的影响
• 8.1.3 有机相在不同电积温度时对锌电积的影响
• 8.2 反萃液中有机相的脱除与电积试验研究
• 8.3 反萃液有机相脱除与电积过程研究结论
• 8.4 有机相脱除与电积过程分析
• 8.4.1 有机相脱除分析
• 8.4.2 电积过程分析
• 第九章 低品位锌矿浸出-萃取-电积扩大试验
• 9.1 硫化锌矿的细菌浸出扩大试验
• 9.1.1 低品位硫化锌矿生物浸出扩大试验矿石性质考查
• 9.1.2 低品位硫化锌矿生物浸出扩大试验矿石制备和粒级组成
• 9.1.3 扩大试验矿石样的浸出性能研究
• 9.1.4 低品位硫化锌矿生物浸出扩大试验
• 9.2 低品位氧化锌矿扩大浸出试验研究
• 9.2.1 扩大试验低品位氧化锌矿的矿石性质考查
• 9.2.2 扩大试验低品位氧化锌矿的浸出性能研究
• 9.2.3 低品位氧化锌矿浸出扩大试验研究
• 9.3 浸出液中和-氧化净化扩大试验研究
• 9.3.1 低品位硫化锌矿细菌浸出液中和净化扩大试验
• 9.3.2 低品位氧化锌矿堆浸液氧化中和除铁扩大试验
• 9.4 硫酸锌净化液萃取-反萃扩大试验研究
• 9.4.1 低品位硫化锌矿浸出净化液萃取和反萃扩大试验研究
• 9.4.2 低品位氧化锌矿浸出净化液萃取和反萃扩大试验研究
• 9.5 反萃液的电积扩大试验研究
• 9.5.1 低品位硫化锌萃余液电积扩大试验研究
• 9.5.2 低品位氧化锌萃余液电积扩大试验研究
• 9.6 低品位锌矿萃余液电积扩大试验研究结论
• 第十章 低品位锌矿浸出-萃取-电积工艺的初步环境影响分析
• 10.1 废渣污染
• 10.2 废水污染
• 10.3 环境影响总评价
• 第十一章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者攻读博士学位期间发表论文目录
• 博士期间参加或负责项目