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从低品位氧化锌矿浸出渣中回收锌的工艺研究及其产业化

沈庆峰  
【摘要】: 资源问题是有色冶金工业可持续发展的根本问题,高效利用好现有资源是我国有色冶金工业紧迫而重要的任务。论文开发了从氧化锌矿浸出渣中回收锌的经济可行的工艺,可以使之前舍弃的低品位资源得以充分综合利用,不但缓解了对环境污染的压力,还可以扩大可用资源量,创造巨大的经济效益,同时也符合发展循环经济与资源高效利用的要求和适应冶金工业可持续发展战略的需要。论文主要包括以下主要内容: 一、D2EHPA萃取锌的基础理论研究 1、通过萃取机理的研究并配合有机相的红外吸收光谱分析结果得出结论,D2EHPA从ZnSO_4—H_2SO_4—H_2O水溶液中萃取锌的反应式为:生成的萃合物结构式为: 2、对萃取平衡进行了系统地研究,建立了萃取平衡的化学模型,利用该模型与综合平衡原理求解萃取平衡,在给定料液锌原始浓度、水相H~+浓度,有机相D2EHPA原始浓度以及萃取相比的条件下,可以计算出一级萃取达到平衡时萃余液锌浓度。利用33次萃取试验和9次反萃试验的结果对该模型进行了验证,计算出的水相锌平衡浓度与实测值吻合较好,萃取和反萃的平均相对误差分别为7.62%、2.88%,明显低于国外文献报道的几种模型。 二、工艺研究 论文通过实验室全流程各环节的条件试验,确定了工艺流程,并对其关键环节——萃取部分进行了混合澄清槽小型连续萃取、反萃试验,扩大混合澄清槽连续萃取、反萃试验,取得了令人满意的结果,同时也发现并解决了若干关键技术问题,主要内容有: 1.萃取试验小型试验重点考察了有机相中萃取剂浓度、萃取相比、料液锌浓度、水相pH、有机相负载锌能力、反萃相比、反萃液酸浓度等条件对萃取、反萃效果的影响。在此基础上得到了最佳条件为:30%D2EHPA+70%煤油配制有机相,三级逆流萃取,萃取相比(O/A)1:1,萃取混合时间1分钟,澄清时间2分钟,萃取率为66%,料液pH以不低于3为宜。反萃最佳条件为:二级逆流反萃,反萃相比(O/A)5:1,用于反萃剂硫酸含量大于180g/L,混合时间1分钟反萃率即可达到90%以上。 2.研究了锌粉置换除镉以及萃取段洗杂的除杂试验,经过锌粉置换后的洗渣水用于萃取得到的反萃液杂质含量达到电积要求,可以得到合格的电锌。证明了采用水洗提锌,D2EHPA萃取—电积沉锌从氧化锌矿浸出渣中回收锌的工艺路线是可行的。 3.通过实验考察了钙在全流程中的行为,得出结论,在反萃时生成CaSO_4结晶是无法避免的。 4.为了节约水资源,使萃取水相循环使用,进行了利用石次与氧化锌矿中和萃余液中酸的研究。结果表明,用氧化矿中和后的萃余液可以返回洗渣并满足萃取的要求,同时萃余液中的酸也得到有效利用。 5.试验过程中发现在萃取系统中加入一定比例的A物质可以大幅度提高D2EHPA萃取锌的效率,并且A物质不会被萃取,该方法申请了国家发明专利。 6.进行了日处理2m~3的混合澄清槽连续扩大试验,得到以下几点结论: (1)扩大试验结果显示,当洗渣水含锌10~13g/L,相比在1~1.5之间的时候,锌萃取率在60~70%之间;当反萃相比设定在7~8之间,反萃剂硫酸浓度180g/L以上时,锌反萃率可以保持在90%以上,反萃液中锌浓度达到90g/L以上。 (2)扩大试验通过对槽体的改造和材料的选择解决了硫酸钙结晶问题。 (3)通过对扩大试验工艺路线的修改并参考扩大试验的结果,确定了产业化的工艺流程。 三、产业化应用 1、作者依据扩大试验得到的数据,设计出了回收锌的核心技术——萃取、反萃产业化中应用的日处理3000m~3洗渣水的混合澄清萃取设备。 2、该工艺自2005年8月份实现了产业化,作者参加了产业化试车、调试阶段的现场工作。从一年多的满负荷运转情况看,各项指标与前面的结果相比变化不大,比较稳定。总结整个工艺的产业化过程可以得到以下几条结论: (1)生产实践证明,采用D2EHPA萃取技术从氧化锌矿浸出渣中回收锌的工艺可行,同时具有投资少、流程短、操作简单、成本低、技术指标稳定、收益高、回效快等优点,该工艺申请了发明专利。 (2)生产数据表明,工艺运行稳定,各项技术指标良好。其中,萃取相比控制在1:1左右,有机相负载锌为8g/L左右,反萃相比根据废电积液中锌浓度在(5~8):1间调整,使反萃液中的锌含量达到100g/L左右。D2EHPA的损失在1kg/tZn以下。 (3)通过改进反萃槽的结构增加辅助措施以及选择合适的材料,成功地解决了硫酸钙结晶问题,使整个萃取工序能够顺畅运行。 (4)工艺运行取得了较好技术指标的同时也取得了较好的经济指标。每天处理3000 m3的洗渣水,回收22t左右的锌。每年处理30万吨氧化锌矿浸出渣,回收8000吨锌,实现销售收入1.9亿元,利润1.4亿元,由于处理成本低,只有5527元/tZn,而锌锭的市场价高,利润丰厚。该工艺的产业化不但在一定程度上缓解了资源短缺带来的产能下降的压力,同时也给企业带来巨大的经济利益。 (5)生产结果表明,自行设计的混合澄清槽用于萃取与反萃效果好,分相彻底,夹带损失少,效率高。 (6)整个工艺中,有机相实行闭路循环,水相也是闭路循环,没有溶液排出,对环境污染小。 (7)该工艺的适应性强,经过适当调整,萃取工艺可以直接和低品位氧化锌矿的酸浸工艺结合,用于从浸出液中回收锌。也可以用来处理其它地方产出的低酸低含锌浓度的废水。 论文的创新点: (1)论文自主研发了从低品位氧化锌矿浸出渣中回收锌的技术,并申请了该技术的国家发明专利。查新报告表明:以D2EHPA作萃取剂,采用溶剂萃取方法从氧化锌矿酸浸渣中回收锌,并实现产业化,该工艺在国内外文献中均未见报道。 (2)在国内首次实现了D2EHPA萃取锌的产业化,且该技术的产业化每年可以产生1.4亿元利润。在产业化过程中解决了一个关键技术——硫酸钙结晶的问题,通过改进反萃槽体结构、选择合适的槽体及搅拌桨材料以及配合附加措施,使硫酸钙的生成不影响整个萃取过程,工艺运行顺畅。 (3)论文发现了萃取体系中A物质的存在可以大大提高D2EHPA萃取金属的效率,并且该物质不参与萃取,只是起到助萃的作用。申请了A物质用作D2EHPA助萃剂的国家发明专利。 (4)提出了一个D2EHPA萃取锌的萃取平衡模型,与国外文献报道的有不同的特点,其准确度明显高于国外文献报道的模型。


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