高铁硫化锌精矿和多金属复杂硫化矿加压浸出工艺及理论研究

论文摘要

本论文对高铁硫化锌精矿及多金属复杂硫化矿的加压浸出工艺和理论进行了系统研究。文中首先总结了我国有色冶金工业的成就与存在问题，介绍了加压湿法冶金的历史沿革，特别强调了加压湿法冶金的优越性及其在有色冶金中的重要作用。介绍了国内外加压湿法冶金的进展，叙述了国内外针对高铁硫化锌精矿及多金属复杂硫化矿采用加压浸出技术的研究成果和工业应用状况，从而明确提出了本论文的研究意义及主要研究内容。论文研究内容主要分为两大部分：高铁硫化锌精矿氧压浸出的基础理论研究和多金属复杂硫化矿氧压浸出工艺研究。在高铁硫化锌精矿氧压浸出基础理论研究部分：（1）分析了高铁硫化锌精矿氧压浸出过程的热力学规律，并绘制了298K下的(Zn0.75Fe0.25S—H2O系φ-pH图，从热力学上说明了氧压浸出用于处理高铁硫化锌精矿的优越性；分析了氧压浸出时H2S的生成并结合试验中所发现的现象阐明了H2S生成对钛质釜体的腐蚀作用，提出了腐蚀机理，在此基础上提出了一条钛质加压釜安全操作的原则；计算了硫化锌精矿加压浸出的热平衡，计算结果表明，反应热不足以平衡物料升温到温度（150℃）所需的热量，需要从外部补充热量，提出了一个返回浸出的废电解液需要达到的预热温度的方法。（2）从工艺角度研究了矿样粒度、搅拌速度、温度、氧分压、酸度、时间、添加剂、精矿中铁含量和液固比等因素对锌、铁浸出率的影响。结果表明：温度、浸出时间、酸度对浸出影响最为显著。试验获得浸出合理的工艺条件为：矿样粒度-320目、温度140～150℃、总压力1.2～1.4MPa（即氧分压0.9～1.1 MPa）、始酸浓度H2SO4 150～170g／L、液固比5～6∶1、浸出时间2～2.5h、搅拌速度600～650r／min、添加剂用量为矿量的0.8～1.0％。在该给予条件下浸出，锌浸出率＞97％，铜浸出率＞90％，铁浸出率在30～35％之间，硫转化率在70～85％之间。（3）在确定的条件下，进行了高铁硫化锌精矿氧压浸出过程动力学研究，发展了原有的液-固反应“收缩核动力学模型”，使其能适用于一种固相物与多种水溶物种的反应，建立了高铁硫化锌精矿氧压浸出过程的动力学数学模型，并就浸出过程的反应机理进行了探讨分析，对硫化锌精矿加压浸出时铁的作用作出了解释。高铁硫化锌精矿氧压浸出过程动力学研究是本部分的重点研究内容，研究结果表明：高铁硫化锌精矿浸出过程中，对于Zn而言，浸出过程由表面化学反应所控制，遵循“未反应核减缩型”的表面化学反应控制的动力学规律，其反应活化能为55.04kJ／mol，酸度对Zn浸出反应的表观反应级数为-0.3182；对于Fe而言，浸出过程在浸出初期浸出速率受表面化学反应控制，遵循“未反应核减缩型”表面化学反应控制的动力学规律，其化学反应活化能为26.63 kJ／mol。建立高铁硫化锌精矿氧压浸出Zn浸出率动力学数学模型为：α％=100×{1-[1-exp(2.1704-6606.005×1／T+0.7791nP-0.3121n[C]+142.425[Fe]+27.941[Fe2+])t／r0]3}在多金属复杂硫化矿氧压浸出工艺研究部分：（1）从理论上分析了多金属复杂硫化矿加压浸出的热力学规律和各种硫化物相对稳定的程度及其溶解顺序。（2）从工艺生产的角度研究了矿样粒度、搅拌速度、温度、氧分压、酸度、时间、添加剂和液固比等因素对多金属复杂硫化矿精矿中各种金属浸出率的影响。试验获得合理的浸出工艺条件为：矿样粒度-320目、温度145～150℃、总压力1.5MPa（即氧分压1.1 MPa）、始酸浓度H2SO4150g／L、液固比8∶1、浸出时间2h、搅拌速度600～650r／min、添加剂用量为矿量的0.5～1.0％。在该条件下浸出，多金属复杂硫化矿精矿中Zn浸出率在99％以上，Cu浸出率在91％以上，浸出渣中含Cu＜0.5％，Fe则95％以上进入溶液，金属Pb、金属Ag则98％以上进入浸出渣中，单质硫转化率为70％左右。（3）对低品位多金属复杂混合精矿和多金属复杂硫化矿（原矿）进行了加压浸出研究，从而也确定了该两种矿物的合理浸出工艺条件。（4）进行了多金属复杂硫化矿综合利用回收有价金属的新工艺流程研究。氧压浸出液经预中和除铁后与锌冶炼厂现有的中性浸出工序衔接，浸出渣则与熔池熔炼火法炼铅工序衔接，从而实现多金属复杂硫化矿中Cu、Zn、Pb、Ag、In、Cd、S等的综合回收利用。这一工艺路线比多金属复杂硫化矿分选分冶工艺有选冶总回收率高，投资省，对环境污染小等优越性，查新表明，该工艺路线有新颖性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 我国有色冶金工业的成就与存在的问题
• 1.2 加压湿法冶金的历史沿革
• 1.3 加压湿法冶金的优越性及其在有色冶金中的作用
• 1.4 本论文的研究背景及研究的主要内容
• 1.4.1 高铁硫化锌精矿加压浸出研究背景及意义
• 1.4.2 多金属复杂硫化矿加压浸出研究背景及意义
• 1.4.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 硫化矿加压湿法冶金进展
• 2.1 硫化锌精矿加压浸出技术的发展
• 2.2 多金属复杂硫化矿处理技术的发展
• 第三章 硫化矿加压浸出过程热力学
• 3.1 水溶液的性质
• 2SO₄-ZnSO₄-Fe₂（SO₄）₃-H₂O体系的溶液密度'>3.1.1 H₂SO₄-ZnSO₄-Fe₂（SO₄）₃-H₂O体系的溶液密度
• 3.1.2 溶液的蒸汽压
• 2在溶液中的溶解度'>3.1.3 O₂在溶液中的溶解度
• 3.1.4 溶质的活度系数
• 3.2 高铁硫化锌精矿氧压浸出过程热力学
• 3.2.1 铁闪锌矿的热力学性质
• 3.2.2 铁闪锌矿的φ-pH图
• 2S的生成及其影响'>3.2.3 硫化锌精矿加压浸出时H₂S的生成及其影响
• 3.2.4 硫化锌精矿加压浸出过程的热平衡
• 3.3 多金属复杂硫化矿氧压浸出过程热力学
• 3.4 结论
• 第四章 试验装置及研究方法
• 4.1 试验原料
• 4.1.1 高铁硫化锌精矿试验原料
• 4.1.2 多金属硫化矿试验原料
• 4.2 试验设备与方法
• 4.2.1 加压浸出设备与方法
• 4.2.2 中和除铁和低酸浸出设备与方法
• 4.2.3 样品分析
• 4.3 试验试剂、仪器和设备
• 4.4 分析方法
• 第五章 高铁硫化锌精矿加压浸出过程研究结果和讨论
• 5.1 影响因素条件试验
• 5.1.1 矿样粒度的影响
• 5.1.2 搅拌速度的影响
• 5.1.3 浸出温度的影响
• 5.1.4 浸出氧分压的影响
• 5.1.5 硫酸用量（酸锌比）的影响
• 5.1.6 浸出时间的影响
• 5.1.7 添加剂的影响
• 5.1.8 精矿中铁含量的影响
• 5.1.9 液固比的影响
• 5.2 合理工艺条件试验
• 5.3 高铁硫化锌精矿加压浸出机理及动力学研究
• 5.3.1 国内外加压浸出动力学研究情况
• 5.3.2 液-固反应动力学研究的原理与方法
• 5.3.3 动力学研究结果与讨论
• 5.3.3.1 Zn浸出动力学研究结果与讨论
• 5.3.3.2 Zn浸出动力学模型的建立
• 5.3.3.3 Fe浸出动力学研究结果与讨论
• 5.3.4 动力学研究结论
• 第六章 多金属硫化矿的加压浸出过程研究结果和讨论
• 6.1 概述
• 6.2 多金属硫化矿的加压浸出过程研究结果和讨论
• 6.2.1 多金属硫化矿精矿加压浸出过程研究结果和讨论
• 6.2.1.1 矿样处理
• 6.2.1.2 影响因素试验
• 6.2.1.2.1 矿样粒度对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.2 温度对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.3 始酸浓度对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.4 压力对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.5 液固比对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.6 搅拌速度对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.7 添加剂对金属浸出率的影响
• 6.2.1.2.8 浸出时间对金属浸出率的影响
• 6.2.1.3 合理工艺条件的确定与重现性试验
• 6.2.1.3.1 合理工艺条件的确定
• 6.2.1.3.2 重现性试验
• 6.2.2 低品位混合精矿（DJ）加压浸出过程研究结果与讨论
• 6.2.2.1 矿样处理
• 6.2.2.2 合理工艺条件的确定与重现性试验
• 6.2.3 硫化矿原矿（YQ）加压浸出过程研究结果与讨论
• 6.2.3.1 矿样处理
• 6.2.3.2 合理工艺条件的确定与探索性试验
• 6.2.4 多金属复杂硫化矿（精矿、原矿）加压浸出试验小结
• 6.3 多金属复杂硫化矿综合利用工艺研究
• 6.3.1 中和除铁与低酸浸出
• 6.3.2 净化与电积
• 6.3.3 熔池熔炼
• 6.3.4 工艺流程的选定
• 6.3.5 工艺的优越性与创新性
• 6.3.6 结论
• 第七章 总结论
• 7.1 高铁硫化锌精矿加压浸出过程总结论
• 7.1.1 热力学分析
• 7.1.2 影响因素试验结论
• 7.1.3 动力学试验结论
• 7.2 多金属复杂硫化矿精矿加压浸出过程总结论
• 7.2.1 影响因素试验结论
• 7.2.2 综合利用工艺研究结论
• 7.3 本论文主要创新点
• 7.4 本论文有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读博士学位期间发表论文
• 附录B 粒度分析报告
• 附录C 查新报告
• 附录D 附图