铁酸锌的溶解与中性浸出过程的沉铁反应

1、5.5 铁酸锌的溶解与中性浸出过程的沉铁反应 5.5.1 铁酸锌的溶解锌焙砂经过常规法工艺的中性与酸性浸出以后，得到的浸出渣仍含锌高， 一般为20%22%。当处理含铁高的精矿时，渣含锌还会更高。这种浸出渣处理在上世纪 70 年代以前都是经过一个火法冶金过程将锌还原挥发出来，变成氧化锌粉再进行湿法处理。这样使湿法炼锌厂的生产流程复杂化，且火法过程的燃料、 还原剂和耐火材料消耗很大，生产成本高。 为了解决浸出渣的处理问题， 必须清楚地了解渣中锌是以什么形态存在的。 下面是几个厂浸出渣中锌的物相结果，以占渣中总锌的百分数列于表 5-4中。 表5-4 锌在浸出渣中按不同形态分配的百分比和总锌量（%）

2、从表5-4所列数字可以看出，铁酸锌中的锌量占渣中总锌量的60%以上。这说明，在一般的湿法炼锌浸出过程中，铁酸锌将不溶解而进入渣中。如能提高焙砂质量，则可降低渣中硫化锌的含量；加强渣的洗涤则可降低渣中硫酸锌的含量，这样渣中铁酸锌所占的锌量将会提高到99%以上，所以，要想简化原有湿法炼锌流程，取消浸出渣火法处理及ZnO粉的浸出过程，必须研究 ZnO·Fe2O3在浸出时的溶解条件。根据相关热力学数据，可画出铁酸锌-水系电势-pH 图（见图5-8）。图5-8 ZnO·Fe2O3 -H2O系电位-pH 图（ aZn2+ =aFe3+ =aFe2+ =1 ，实线T=298K ，虚线T=

3、373K ）从图5-8可知： 随着温度的升高（从298K升至373K ），ZnO·Fe2O3- Zn2+平衡线向左方（酸度升高方向）移动，表明ZnO·Fe2O3 的稳定区增大，即酸浸难度增大；欲提高浸出温度，势必提高浸出液酸度，才能取得好的浸出效果。 ZnO·Fe2O3的浸出分两段进行，首先在低酸下按反应 ZnO·Fe2O3 + 2H+ = Zn2+H2O+Fe2O3溶出Zn2+，随后在高酸下按反应Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O 溶出Fe3+，即锌比铁优先溶解。从浸出动力学来看，ZnO·Fe2O3属于难以分解的铁氧体。锌焙砂中铁酸锌呈球

4、状，其表面积在热酸浸出过程中是变化的，过程会呈现“缩核模型”动力学特征，即ZnO·Fe2O3的酸溶速率与表面积成正比。 从以上对ZnO·Fe2O3酸溶的理论分析可以得出结论： 对于难溶球状ZnO·Fe2O3的溶出，要求有近沸腾温度（95100）和高酸（终酸4060g/L）的浸出条件以及较长的时间（34h），锌浸出率才能达到99% 。 5.5.2 中性浸出过程的沉铁反应 前已述及，在中性浸出时只有将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，才能在终点pH值为5左右时Fe3+以 Fe（OH）3 的形式从溶液中完全沉淀下来。为使溶液中Fe2+ 氧化为Fe3+，必须将溶液的电势值提

5、高到0.8以上。在生产中提高电势所采用的氧化剂有软锰矿（MnO2）或鼓入的空气。 为了说明MnO2与空气中O2对Fe2+的氧化作用，可将其氧化还原反应的电势 -pH关系绘在Fe-H2O系电势-pH 图（图5-9）上。图5-9 Fe3+e=Fe2+ 系电位-pH 图 从图5-9可以看出，溶液的pH愈小，、线所表示的氧化电势愈高，即Fe2+被氧化为Fe3+的趋势愈大。所以在用 MnO2作氧化剂时，宜在酸性溶液中进行。 在浸出液含酸1020g/L的条件下进行氧化，效果较好。 锌电解液中锰的含量一般波动在35g/L之间。软锰矿是锌溶液中Fe2+的好氧化剂，各个工厂都乐于采用。软锰矿中二氧化锰含量较高，

6、可达60%以上，所含的主要杂质一般为氧化铁和二氧化硅，对湿法炼锌无大的影响。虽然软锰矿价格不高，但仍需花费资金，并且要增加渣量，故有的工厂改用空气氧化。 图5-9中的线表明，空气中的氧完全可以使溶液中的Fe2+被氧化为Fe3+，在中性溶液中空气的氧化能力比MnO2还强。Fe2+被氧化的反应式可写为： 4H+ +4Fe2+O2 =4Fe3+2H2O Fe2+氧化为Fe3+的反应速度，除了与Fe2+本身的浓度有关以外，还与溶解于溶液中的氧浓度及溶液酸度有关。在温度为2080、pH为02的范围内，溶液中O2愈大，Fe2+的氧化反应速度便愈大。所以实际生产中为了提高O2， 应将空气喷射入溶液，使之高度

7、分散，产生极细小的气泡。也有工厂采用富氧鼓风。 当溶液的酸度愈低，即pH值愈大时，Fe2+的氧化速度增大。当 pH小于2 时，溶液中的Fe2+ 几乎不被空气中的O2氧化。所以，在用空气氧化Fe2+的过程中，需加入焙砂进行预中和，以提高溶液的pH值。 根据试验研究，在用空气进行氧化时，Cu2+的存在有利于反应加速进行。有人曾测定过铁和铜的氧化电势随 pH 值变化的情况。当pH大于2.5时，溶液中的Cu2+可以直接氧化Fe2+。 用中和法沉淀铁时，溶液中的As与Sb，Ge可以与铁共同沉淀。所以在生产实践中溶液中的As，Sb，Ge的含量比较高时，为了使它们能完全沉淀，必须保证溶液中有足够的铁离子浓度

8、。溶液中的铁含量应为As+Sb总量的10倍以上，当 Sb含量高时要求更高。在As与Sb含量高的情况下，溶液中铁含量不够时，应在配制中性浸出料液时加入FeSO4或Fe2（SO4）3 ，但铁的总浓度不应超过1 g/L， 否则会使中性浸出矿浆的澄清性质变差。氢氧化铁除砷、锑的作用可以简述如下：氢氧化铁是一种胶体，胶体微粒带有电性相同的电荷，所以相互排斥而不易沉降，在不同的酸度下因吸附的离子不同，带的电荷亦不相同。在溶液pH<5.2时，Fe（OH）3胶粒带正电；在pH>5.2时它带负电，定位离子为OH-，其等电点在pH=5.2附近。pH<5.2时，Fe（OH）3胶粒带正电；AsO3-4 ，SbO3-4 将成为其反离子。一般来说溶液中各种负离子都可以成为“反离子”从而被胶核所吸引，其中一部分可以进入胶团内一起运动。 在工业浸出液中，可成为反离子的物质很多，如SO2-4，OH-，SbO3-4，SiO2-4， GeO2-4等，但它们进入胶团吸附层的数量将取决于这些离子的浓度和电荷的大小，浓度大、电荷高的更易进入吸附层，浓度和电荷相比电荷作用更大。因此进入氢氧化铁胶粒吸附层的负离子主要是AsO3-4 ，SbO3-4，SO2-4，也会有少量的SiO2-4和OH-。 砷、锑只有在溶液酸度很高的情况下方能以阳离子As5+，Sb