高硅锌矿高温酸转化沉硅基础理论及工艺研究

【摘要】随着优质锌矿资源的日益枯竭,在我国分布较为广泛的难选难冶高硅锌矿资源的开发利用越来越受到人们的重视。发展高硅锌矿全湿法炼锌的工艺方法对于提高我国湿法炼锌工艺水平,扩大可供矿源有重要意义。因此,探索解决高硅锌矿酸浸矿浆中可溶硅带来的矿浆过滤难问题的方法以及实现锌与硅的高效分离已成为该领域的关键课题之一。本论文从高硅锌矿中随锌一同浸出进入溶液的H4Si04入手,围绕依据酸性体系中H4Si04的高温热力学性质使其在胶凝前转化成易过滤SiO2沉淀的思路展开研究工作,以不同类型高硅锌矿为研究对象,以优化酸性体系中锌与硅高效分离的高温酸转化环境和提高锌浸出回收率为目的,对高硅锌矿高温酸转化基础理论和调控技术进行研究,为解决高硅锌矿在常规湿法炼锌中酸浸矿浆液固分离难的问题并为实现高硅锌矿的工业化应用奠定基础。本论文开展的主要研究工作及研究成果如下：(1)采用化学物相组成、XRD、SEM-EDS等分析手段对三种不同类型的高硅锌矿—异极矿、硅锌矿和高硅硫氧混合锌矿进行了工艺矿物学分析。异极矿矿样中主要物相为异极矿和石英,各占矿物成分的44.31%和41.41%。硅锌矿矿样中主要的锌矿物为硅锌矿,脉石矿物主要为石英。高硅硫氧混合锌矿组成复杂,矿物种类繁多,矿样中锌主要以异极矿和闪锌矿形态存在；其它伴生矿物有方铅矿、白铅矿、黄铁矿、陨硫铁等；脉石矿物主要为石英,并伴有少量方解石、白云母等。(2)分析了高硅锌矿高温酸转化过程热力学趋势。异极矿和硅锌矿在高温酸转化体系中发生化学反应的热力学趋势很大,且其热力学趋势依次为异极矿>硅锌矿。异极矿和硅锌矿浸出时进入溶液的H4Si04的热力学稳定区随温度的升高逐渐变小直至消失,而由其转化形成的Si02热力学稳定区则扩大,高温条件有利于H4Si04转化成Si02。在温度超过392K的温度场作用下,H4Si04在热力学上是可以自发地转化形成二氧化硅的。SiO2的热力学稳定区随可溶硅活度的提高亦明显扩大,且在高温水溶液中Si02能在很宽的E-pH范围稳定存在。提高温度和可溶硅活度将使H4SiO4转化形成SiO2的反应更容易进行。(3)研究了高硅锌矿高温酸转化过程的动力学机理。异极矿高温酸转化过程遵循固膜扩散控制,其表观活化能为44.9kJ/mol。纯硅锌矿高温酸转化过程的总速率受单个微粒周围固态产物层扩散控制,其表观活化能为22.06kJ/moo1。硅锌矿和异极矿高温酸转化过程中锌浸出的总速率受固相内扩散控制。高温酸转化体系下,硅锌矿和异极矿分解释放出可溶硅和锌,而以H4SiO4形态进入溶液中的可溶硅在393K的温度场作用下转化形成易过滤的二氧化硅沉淀,极大地改善了矿浆的液固分离性能,实现了高硅锌矿高温酸转化过程中锌与硅的高效分离。(4)研究了高硅锌矿的高温酸转化行为。高硅锌矿中以异极矿和硅锌矿形态存在的可溶硅随锌一同浸出,进入溶液的H4SiO4转化形成SiO2沉淀的主要影响因素为温度,在温度达到413～433K范围,溶液中H4SiO4转化形成SiO2沉淀的效果最佳。在优化工艺技术参数下,不同类型高硅锌矿中锌的浸出率均达97%以上,而铁和二氧化硅在转化产物中得以富集,实现了锌的可控提取。高温酸转化技术是处理高硅锌矿的有效方法。(5)开展了高温酸转化体系下多组元溶液逆流循环浸出锌富集实验,探讨了溶液中锌的富集规律,以及铁、硅等元素的变化规律。通过4次逆流循环浸出高温酸转化实验,溶液中主金属锌浓度得到了较好的富集,其含量达125.62g/L；铁、硅等浓度变化不明显,二者含量均在0.5g/L左右；且矿浆过滤性能良好。
【作者】徐红胜；
【导师】魏昶；
【作者基本信息】昆明理工大学，有色金属冶金，2014，博士
【关键词】高硅锌矿；高温酸转化；高温热力学；动力学；

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