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ZnO矿附加值利用状况

发布时间:2012/10/15 12:06:09   阅读:

本文作者:靳学利王家伟黄岩路长远任彦军作者单位:贵州大学材料与冶金学院

0引言

工信部2010年8月8日公告淘汰落后产能企业名单。从产能规模看,炼铁、炼钢、水泥、玻璃、焦炭和造纸是此次淘汰落后产能的主力。这表明我国加快了转变经济增长模式,建设环境友好型社会的步伐;另一方面,随着我国锌精矿资源的日益枯竭,原料争夺战愈演愈烈,从难选、低品位、多金属复杂锌矿中提取锌和有价金属已引起人们的高度重视,开发中低品位氧化锌矿是缓解原料严重短缺,保持锌冶金长期稳定发展,实现锌工业的可持续发展的必由之路。科研人员已经开始逐步关注低品位氧化锌矿的绿色高附加值综合利用,资源综合利用就是要“变废为宝”[1]。

1高纯产品制备

郭兴忠等[2]进行了从低品位氧化锌矿直接制取纳米氧化锌粉的实验研究。得到的氧化锌颗粒的晶形为长针状或棒状,其颗粒直径为20nm~100nm,长度为50nm~500nm,长径比为1~15;并分析指出了有利于氧化锌粒子的均匀成核、得到纳米粒子的因素。

王国军[3]以代兰特拉氧化铅锌矿为原料提出了氧化铅锌矿直接制活性氧化锌的工艺,达到铅锌分离,铅富集,回收铁,锰等有价金属的目的,实现了低品位氧化锌矿的绿色高附加值综合利用。代兰特拉氧化铅锌矿中的锌主要的存在形式为:菱锌矿(ZnCO3)、水锌矿(2ZnCO3•3Zn(OH)2、锌矾(ZnSO4)、硅锌矿(ZnSiO3)和铁锌矿(ZnO•Fe2O3)。

其工艺流程如图1所示。

主要化学反应如下:(略)。

采用酸浸工艺,锌的回收率可达92%,并可实现铅锌分离,该工艺制活性氧化锌技术路线是可行的。

刘清等[4]提出了贫杂氧化锌矿碱浸-沉淀法制备锌精矿和铅精矿的新工艺,该试验结果表明:铅和锌的回收率均达到80%以上,得到的锌精矿中锌质量分数为52%,铅精矿中铅质量分数为78%,均达到行业标准。

其中沉淀铅的最佳工艺条件为:硫化钠沉淀剂加入量是铅质量的1.8倍,温度70℃,反应时间30min;沉淀锌的最佳工艺条件为:硫化钠沉淀剂加入量为需沉淀锌质量的2.4倍,温度为90℃,反应时间3h。该工艺流程如图2所示。

2有价元素的综合回收利用

在某些高硅低品位氧化锌矿的处理过程中一方面需要我们提高锌的浸出率[5-6],另一方面提取SiO2,富集其它有价金属也是一条资源的绿色高附加值综合利用之路。这方面的研究可以借鉴东北大学牟文宁等[7]用高浓度NaOH浸出红土镍矿中SiO2,该研究表明在最佳工艺条件下SiO2的浸出率可达82.77%,同时碱浸渣中的铁、镁、镍被富集,其中氧化镍的质量分数由1.29%提高到2.15%。

王佳东、翟玉春等人[8]在以硅酸钠为原料制备SiO2粉体的研究过程中以CO2代替无机强酸,采用分步碳分工艺制备高纯SiO2粉体。这样既减少了无机强酸的消耗,同时又能满足资源利用与环境保护的要求。该研究表明:在第一步碳分终点pH=10.9时,杂质Al、Ca、Fe等元素的去除率接近100%,当控制第一步碳分终点pH值为10.9时,第二步碳分产物SiO2纯度高达99.9%以上,且制备的SiO2粉体为规则的非晶态球形颗粒、粒度均匀。

其中主反应:(略)。

李国民[9]进行了高硅氧化锌矿浸出脱硅工艺的研究,提出了原矿中和脱硅,二次酸浸工艺,该工艺用原矿取代石灰作中和剂,酸耗降低约50%,碱耗减少约75%,并且通过增加中和凝聚渣的二次酸浸工序,提高锌回收率约9%,使锌的浸出率高达96.1%。

王玉芳等[10]在研究兰坪某灰岩型低品位氧化锌矿时,根据矿石锌品位低、氧化不完全等特点提出了原矿直接氨浸———浸出渣选矿回收硫化矿工艺流程,其中氨性搅拌浸出考察了氨水浓度、浸出时间、液固比、粒度等因素对锌浸出率的影响。氨性浸出渣可直接浮选生产锌精矿与铅精矿,锌的总回收率约84%。该工艺具有金属回收率高,工艺流程简短,生产成本低等优点。

龚恩民等[11]针对某低品位氧化锌矿石结构复杂、氧化率高、嵌布粒度细和风化泥化严重的特点,采用了焙烧———磁选联合流程处理该矿石,获得了铁品位60.95%、铁回收率80.55%的选矿指标。该工艺流程实现了锌、铁金属及稀有金属的综合回收,有效利用了矿物,有着较好的经济效益和社会前景。试验流程如图4所示。

湿法炼锌工艺中产出的含有多种有价金属的废渣是一种宝贵的资源,杨文栋[12]采用“资源消费→产品→再生资源”的循环经济模式,在原有生产工艺的基础上积极开发创新,再建了诸多有价金属综合回收工序,如钴镍渣处理工序、金银回收工序、硫酸锌生产工序、铟回收工序等,实现了资源的绿色高附加值综合利用,提升了企业的技术内涵和综合实力。

3细菌冶金技术在难处理矿中的应用

在绿色冶金中细菌冶金方兴未艾,细菌冶金又称为微生物浸矿,是在生物工程技术与传统矿物加工技术结合的基础上产生的一种新型冶金工艺,它体现着学科间的交叉与融合。其原理是氧化亚铁硫杆菌等化能自养菌具有亚铁氧化酶或还原硫氧化酶,这些酶能催化矿物中的亚铁和还原硫迅速氧化,使得矿物中的有价金属转化为溶液中的离子[13]。

据报道,用微生物浸矿技术可回收铜﹑铀﹑金﹑锌等50多种元素[14]。加拿大、印度、前苏联等国家,利用细菌法溶浸铀矿成本大幅度降低,而且还能综合回收铁、钇及其它稀土金属[15]。目前,细菌浸矿在闪锌矿的处理中应用的比较多,而将细菌用于氧化锌矿的浸出过程中,不仅能促进其中少量的硫化矿在较短时间内浸出,提高锌的浸出率,还有利于浸出液沉淀除铁,降低滤液中的铁含量[16]。氧化铁硫杆菌直接或间接浸出硫化锌矿的原理如下所示:(略)。

细菌冶金具有投资少、成本低、其工艺条件易控制,设备简单等优点,因此适宜处理贫矿、尾矿、炉渣,从而可以达到资源高附加值综合利用的目的。同时细菌冶金工艺又是符合环境友好型的绿色冶金工艺。

4结论与展望

1)因地制宜。科研人员根据各地低品位氧化锌矿的不同特点提出的各种绿色工艺,资源的高附加值综合利用工艺具有锌及其它金属的回收率高,目标产品纯度高,质量好,生产成本低,环境污染小,资源利用率高等优点,从而可以弥补我国锌精矿资源的短缺,在一定程度上改变我国锌工业发展后劲乏力的不利局面,大大提升企业的技术内涵和综合实力,绿色高附加值综合利用是今后我们处理低品位氧化锌锌矿的工艺目标与发展方向。

2)绿色冶金又称为清洁冶金﹑无污染冶金。低品位氧化锌矿处理中采用的各种绿色冶金工艺,包括方兴未艾的细菌冶金工艺,可以有效预防环境污染,确保员工和居民的健康,体现出了良好的生态效益和社会效益;而低品位氧化锌矿的高附加值综合利用则又为企业创造出了可观的经济效益﹑生态效益;社会效益与经济效益的结合体现了可持续发展的理念,符合科学发展观。

3)低品位氧化锌矿的绿色高附加值综合利用体现出了生产过程中的一种新的发展理念与生产方式:循环经济。循环经济是指在生产,流通和消费等过程中进行的减量化﹑再利用﹑资源化活动的总称。发展循环经济可以提高资源效率﹑环境效率,其最终目的是有利于经济﹑社会的可持续发展。低品位氧化锌矿的绿色高附加值综合利用提高了锌等资源的利用率,减少了环境污染物的排放,破除了此类氧化锌矿资源品位低的约束,环境容量瓶颈,生产过程达到了循环经济的要求。把发展循环经济的理念应用于低品位氧化锌矿的处理工艺中有利于我国锌工业长期﹑健康﹑稳定的发展。我国循环经济的发展可以借鉴德国循环经济发展中的立法实施,日本循环经济发展中民众的积极参与,丹麦循环经济发展中税收的作用等经验[17]。

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