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高铁闪锌矿加压浸出过程中Fe的动力学研究

:坚兰:星釜:塑堡耋堡量i耋璧签茎茎誊兰誊岂鎏主鎏箜罂奎兰至耋::::高铁闪锌矿加压浸出过程中Fe的动力学研究

谢克强1,杨显万1,王吉坤2,阎江峰2,沈庆峰1

(1昆明理1:火学,云南昆明650093;2.云南冶金集团总公司,云南融明650031)

滞要]进行了高轶闷辞矿加压浸出过程Fe的动力学研究。考察了温度、压力、始酸浓度、矿样粒虞、

溶液中Fe2+浓度对Fe浸出率的影响。结果表明,在试验书件下,浸出初期Fe的浸出速率受化学反应控制

,遵循“禾反应核减缩型”袁面化学反应控制的动力学规律,浸出后期受目膜扩散控制,浸出中期由二者共

同控制。

【关键蠲1离铰闲辞矿;加压酸浸;Fe奇力学;反应活化毙;扩散活亿能

【巾斟分类号】TF813032【文献标识码]B【文章编号】1672-6103(2007)02—0037—04我国锌储量占世界第一位,是锌的重要生产和

粕日国。硫侥锌精矿是提取锌的主要源料.而硫化锌矿资源中有相当一部分是高铁闪锌矿ffzn.Ve)S],谯我国分布广泛,仅在云南高铁闪锌矿资源的锌储餐就达700万t,占云南锌资源的1/3v一。尽管对闪锌矿酸性氧化浸出避程研究静掇道穰多0-a,7-4l。魍多数是低铁闪锌矿(Fe<lO%)浸出过程中的动力学研究,而对于高铁闪锌矿浸出过程中的动力学研究并不多。本文主要研究高铁闪锌矿加压浸出时Fe的动力学,考察影响浸出过程韵主要因素或控制步骤,寻求既能促进zn浸出反应进行.阊时又筢抑涮&浸出的有效措施.以达到强化浸出过程,提高生产效率.降低生产成本的目的。

l试验原料及方法

试验所用僚料为云南某地两矿山所产的高铁闪锌矿浮选精矿。精矿经干燥处理后筛分.进行粒度试验时,矿样的粒度取30~154汕m的各个粒级;75—80斗m部分作为动力学研究试验矿样。矿样的优学成分见表1。

对矿物进行x光能谱分析和化学物相分析可知:两种原料中zn、Fe的物相主要成分均为闪锌矿(ZnS)、磁黄铁矿(Fe,j)。

浸疆试验焱2L高压釜幸遽行。高压釜的搅拌

[作者简介j谢克强(1965),男,广西岑溪人,工程师,博士生。主要从事湿击冶金方面的研究工作。

[牧蒴日勰]2006-02—14

云南省辩技攻关项蟊(2002GG01)

裹l高铁闰锌矿的主要成分(质鬟分数)%

系统为磁力搅拌,釜体、取样管、热电偶套管及搅拌桨的材质均为钛材。通过取样阀在规定时间取样分析。试验所用氧气为工业纯氧。

2试验结栗穗讨论

2.1粒度对ICe浸出举的影响

粒度是影响金届浸出率的重要因素.磨矿不仅可以增加颗粒的比表丽积.同时也魁一种机械活化过程.霹增加反应的活像挠Ⅻ。在温鼗130℃、添加表面活性剂及起始酸度为H2SO。50加(对Fe而言,该酸量为理论耗酸量的25—35倍1、压力l,4MPa的条件下,粒度对高铁闪锌矿中Fe浸出率的影响见图l。

蚕1矿物糖度黠Fe浸出率豹影晌

::::士璺查垒兰垒目茎垒量

试验表鹱,矿物粒度对锌浸高率的影响显著。越度小于50p.m时,Fe的浸出率明姓提高。

2.2搅拌速度对Fe浸出攀的影响

试验所用高藤釜有效容积为2L,其内径为115mm.高260mm。高压釜的搅拌器浸入位嚣为距离釜底45mm搅拌叶轮为推进式三叶叶轮,叶轮氨径60rrml。

在温度130℃、加入表面活性添加刹及起始酸度为H2sq50g/L及上述搅拌系统等条件下,搅拌速度对高铁闪锌矿Fe浸出率的影响如图2所示。

搅群逯腰/r?rainl

图2视械搅拌速度对Fe浸出率的影响

从图2可见.在此搅拌条件下,搅拌速度小手600rCalin时其对浸出过程速率影响明显,大于6001/min后对浸出过程速率影响很小。因此,研究其它各种因素的影响时搅拌速度均保持在600r/min以t(选取660r/min)。

2.3温度对&浸出率的影响

研究了120。150℃范围内,浸出温度和时间对Fe浸出率的彰晌,结果如溺3所汞。

_睡L

睡3温度对Fe及zn浸患攀的影响

从图3可看出,随着浸出温度的升高,Fe的浸出率显著秀赛。在浸冉30min器条{睾下,当湿度由120℃升高到150oC时.Fe的浸出率约从58%增加到84%。图3中曲线说明,浸出初期,Fe的浸出速率很快,但随着反应的进行,浸出速率逐渐减慢,曲线趋于乎坦。这种现象与实际生产中随着反应的进行,酸度逐渐下降.导致Fe沉淀析出的现象有所不两。联鞠是对于Fe两富,该酸量为褒论耗簸量的25。35倍.所以可以认为反应过程酸度始终保持恒定。此外,及图3可见,Fe优先于zn提出,其浸出速率也较Zn快得多。

为了确定Fe浸出过程中控制步骤,将图3中140℃条件下的数据用下列动力学方程式进行处理151.处理结果如图4所示。

f=l一(1一∞”=knt(1)其中:k化=k’m-exp(一E%,RrI)

=ko?(MC"/pro)?exp(一Em/RT)

f’=1—2cd3一f1一c0“a=k#t(2)其中:kr=k’#?exp(-EF,R霹

=Do?(MC"/pro)?exp(-E#/RT)

式中:t为浸出时间,min;et为锌浸出率,%泰*、k#为表观速率常数;13为矿物密度,加m3;O。为内扩散系数,cfn弧;靶为矿粒初始半径,cm;C为浸出分质HzSO。浓度,tool/L;M为固体反应物的相对原(分)子质繁,g。

so8

炙辛0,6

辛卞04

誊篝誓。:

o20406080lOO120140

t/min

圈4140qC下f或f’与时闯的关系熙

出图4可知.浸出翘期乳的浸出速率受化学反应控制.遵循“未反应核减缩型”表面化学反墩控制的动力学规律(2线);浸出后期,浸出速率受固膜扩散控制(3线):浸出巾期处于过渡阶段,过程则由二者共同控制。

将丽3数据分g《用式(1)、(2)娃理褥到图5、圈6。

由图5、图6可知.在一定时间范围内,f与时间为线拣关系,其直线斜搴分别为表观速率常数kR和kr。以不同温度下反应km和kr的对数值对温度的倒数作墨。得到Arrhenius线+如藿7、图8联示。

图7、图8盥线截距分别代表k’“和k’m由直线斜率即可求得Fe浸出过程化学反成活化熊E&=2663kJ/t001.围膜扩散活化能EF=102.26kJ/tool。

由照7、凰8结果蚵建立温度对Fe浸出率影响的动力学方程:

:22:釜!皇釜:塑兰耋塑釜:童簦圜譬芏垫璺鎏当鎏翌皇窑墼蛰盘兰互耋:i::

1/mi“

图5f与时黼的关系丽

Y=022592“5953x104X

150℃

140℃

130℃

j20℃

5060708090100¨0120130

drain

图6f’与时间的关系图

图7化学反应控制的Arrhenius线图圈8内扩散控制的Arrhenius线图

lnk%=3.38544—3.20297×lO搬(3)Inkr=21.4812—12.3000×10VT(4)2.4酸度对Ik浸出率的影响

图9为浸出剂H2sO。浓度对Fe浸出率的影响。

_IjlL

02040608。100120140160

I/rain

图9酸度对Fe浸出率的影响

图9表鹱+在试狳荣耀的酸度范围内(20~100g几),随着H2s1)4浓度增大,Fe浸出速率随之增加,酸度在20~50异,L范围内,增加趋势明显,酸度在50—1009,L范虽,增加趋势耪缓。l!}{式(1)、(2)皤知。在一定温度下,Inkm和Inkm分别与lnC成线性关系,其斜率分别为常数n。和n“称为反殿的表观级数)。如图10、图1l所示,nI如.7454,n2=0.3826。

闰10InC与Inkm的关系图

图11InC与Inkr的关系图

㈣惦㈣㈨蛐|莹㈣

:竺:士苎杰垒兰全日鋈宝量

020406080100120140

t/rain

豳12压力对Fe浸出率的影响

由于浸出过程为液一固一气的多相菠应,从图12可见,压力升高,在…定程度上使Fe的浸出率升高。2。6溶液中Fe“浓度对Fe浸出率的影响

试验开始前,分稍向矿浆中加入矿中Zn嚣20%、50%和100%的FeSO。考查溶液中Fe“浓度对Fe疆出率的影响,结果如图13所示。

口rain

图13溶液中Fe“浓度对Fe浸出率的影响

虫子浸出过程中Fe2+能加恢氧的传递,黠zn抟浸出起催化作用,而zn的浸出加速,使得较zn更易浸出的Fe扩散阻力减小,所以,从图13可见,溶液中Fe2+浓瘦增加,在一定程庭£也使Fe的浸出率上升。3结论

(1)高铁闪锌矿精矿加压酸浸过程中,精矿粒度对Fe的浸出影响非常显著.精矿粒度小.Fe的浸出率离。

(2)高铁闪锌矿精矿加压酸浸过程中,在确定的搅拌条件下.当搅拌速度小于600r/min时,搅拌速澄对Fe的浸出影响明显糍徉速度大于600rhnin时.其对浸出效果影响很小。因此在此条件下,外扩散过程(液相传质)并非反应的控制步骤。

(3)如篷酸浸高铁阏锌矿时,浸出初期Fe浸出速率受化学反应控制.遵循“未反应核减缩趔”表面化学反应控制的动力学规律;在搜嬲后期,浸出速率受囤膜扩散(内扩散)控翻;浸出中期处于过渡阶段,过程则由二者共同控制。Fe的表面化学反应活化能En=26.63kJ/tool,固膜扩散活化能Er=102.26kJ/mol。浸舟始液中}I弗04浓度对反应的袭观级数为0,7454和0.3826。

(4)在试验条件范围内,分别建立了温度、始酸浓度等单因豢对Fe浸出率影响的动力学方程(3)、(4)、(5)及(6);,它们对离铁闪锌矿加压酸浸生产操作中有效抑裁乳的浸趣,强化z11浸出过程,鞋高生产效率具有一定的指导意义。

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(下转第54页)

人为本”的设}_卜理念得到进一步强化,更加人性化,f2l同时,采取卜一系列“节能”、“环保”措施,优化设计

r刚配置般产后,取得r满意的效果。

…。渗考文献】

[4】

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琦盎,2005,(1):40—“

营龙文等天砖转炉熘气制酸装置运扦总结藏设计评逑翻.辅蕺工、配200矗(6):34—36

Applicationofhighefficiency

new

acid-making

technologyinTechnical

ModificationProjectforAcid-makingwithConverterGasinDayeSmelter

XIAO

Wan—ping,HUANG

Xiang—hua,DONG

Si—lu

Abstract:Thepaperwidelydescribestheapplicationofuew

acid-makingtechnologyinTechnicalModification

Project

forAcid-makingwithConverterGasinDayeSmcher.thepatternofdesign&management.thedesign

conceptof“peopleisthefirst”,measurementforenvironmentalprotectionand

energy

saving.

Keywords:smeltinggas;sulfuricacidproduction;dynawavescrubbing;low——levelandhigh——efficiency;double

contact

…19、《—…{口、#《、d}-口、g《“、《“d》?¥、口、p#、d“《*日^《^《}《xd}≈^{}dP“、d^}F、#《、d^}—≯廿

(土接第29页)践中,控制商位槽瀑布带的高度和其液位稳定是循环系统排气、避免阴极铜表面气孔的重要措施。

(3)考虑到高位槽的排气功能和液位的稳定性,赢位槽应随着电织生产系统的增大而增大.即在设计高位槽融.高位槽豹容积及隔板氏度应与电解液

循环总量相匹配。

f参考文献1

[it王盛琪铜电解液带气原因及改进措施U]有色冶炼,1998,(8)

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Productionpracticeofavoidingthegenerationofpores

on

thefaceofhighqualitycathodecopper

LUOJin—song,HUANGTai-xiang,LIJian

Abstract:Thispaperanalysesthe

cause

for

generationofpores

on

thefaceofcathodecopperintheproductionof

copperelectrolysisandwhyexcessiveaircouldbedissolvedintheelectrolyte,describesmeamlresmadpracticeof

avoidingthegenerationof

pores

on

thefaceofhighqualitycathodecopper.

Keywords:copperelectrolysis;cathodecopper;electrolyte;pores

(上接第40页)

Kineticstudyofiron

on

pressureleachingmarmatite

XIEKe-qiang,YANG

Xian-wao,WANGji—kun,YANJiang—feng,SHENQing-feng

Abstract:Thekineticsofironofoxygenpressureleachingmaematiteisinvestigated.Theeffectsoftemperature,

oxygenpartialpressure,initialacidconcentration,particalsizeandconcentrationofFe2.addedintothesolutionon

theleachingrateofiron

are

examined.Theexperiaaentdemonstratesthattheleachingprocessfollowsthesurface

chemicalreactio,tcontrolkineticlawof“shrinkingofunreaetedcore”intheinitialstagesofleaching,theleachingprocessfollowsthediffusioncontrolkineticlawofliquidstatefilmofsolidsurfaceintheeveningofleachingandtheleachingprocess

are

controlledtogetherbythesurfacechemicalreactionandthediffusion.

Keywords:marmatite;pressureleaching;ironkinetics;reactionactivationenergy;diffusionactivationenergy

高铁闪锌矿加压浸出过程中Fe的动力学研究

作者:谢克强, 杨显万, 王吉坤, 阎江峰, 沈庆峰, XIE Ke-qiang, YANG Xian-wan,

WANG Ji-kun, YAN Jiang-feng, SHEN Qing-feng

作者单位:谢克强,杨显万,沈庆峰,XIE Ke-qiang,YANG Xian-wan,SHEN Qing-feng(昆明理工大学,云南,昆明,650093), 王吉坤,阎江峰,WANG Ji-kun,YAN Jiang-feng(云南冶金集团总公司,云南

,昆明,650031)

刊名:

中国有色冶金

英文刊名:CHINA NONFERROUS METALLURGY

年,卷(期):2007,(2)

引用次数:1次

参考文献(9条)

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相似文献(6条)

1.期刊论文王吉坤.周廷熙.吴锦梅高铁闪锌矿精矿加压酸浸新工艺研究-有色金属(冶炼部分)2004(1)

提出了高铁闪锌矿加压酸浸新工艺.结果表明,高铁闪锌矿一段加压酸浸时锌浸出率大于95%,二段加压浸出时锌浸出率大于98%;二段加压浸出能够实现锌和铁的选择性浸出,降低浸出液酸度.

2.会议论文王吉坤.杨大锦.彭建蓉.俞小花含铟高铁闪锌矿精矿中铟回收新工艺研究2007

对铟冶金工艺流程进行分析,确定含铟高铁闪锌矿精矿综合回收铟的工艺流程为加压酸浸中杠还原中杠中和沉淀中杠酸溶中杠脱硅中杠萃取与反萃中杠置换,全流程铟总回收率为78.13%。

3.学位论文鲁顺利从高铁闪锌矿的高压酸浸渣中提取硫磺2005

高铁锌精矿资源在我国分布广泛,仅云南省保有储量达700万吨,占云南省锌资源的三分之一。至今还没有单独冶炼处理高铁锌精矿的工业企业和工艺,云南冶金集团公司立足自主开发加压酸浸处理高铁锌精矿,本课题针对云南冶金集团总公司加压酸浸处理硫化锌精矿得到的含硫渣,研究如何从中提取硫磺。 经过文献检索知道从含硫渣中回收硫磺的方法主要分为物理和化学两类,物理法有:高压倾析法、热过滤法、浮选法、制粒筛分法、真空蒸馏法等;化学法有:二甲苯提硫、四氯乙烯提硫、硫化铵提硫、煤油提硫等。 通过对该硫磺渣进行X射线衍射和化学分析表明,元素硫的总含量为61.06%,大部分以单质的形式存在(占总硫80%以上),少量以金属硫化物、硫酸盐的形式存在。 通过对各种提硫方法优缺点的比较,综合考虑硫磺渣的组成和成分,分别选取了硫化铵溶硫和常压蒸馏的方法来提取硫磺。 硫化铵溶硫的试验表明,硫化铵溶硫反应进行很快,操作简单,易于控制,但是硫化铵溶液能溶解贵金属Au、Pt、硫化物和其它杂质,在热分解时,这些物质一起进入到硫产品中,会造成贵金属的损失,得到的硫磺品质也不太好,所以不能用硫化铵溶液处理该物料。 常压蒸馏的试验考察了温度、时间、料层厚度对蒸馏的影响,影响蒸馏最主要的因素是温度,其次是时间,最后是料层厚度。在物料20g,坩埚面积为10.75cm2的条件下得到了最佳工艺条件为:蒸发时间20min,蒸发温度为460℃。得到的硫磺纯度超过98%,形态有块、片、粉状的,为α型硫。试验残渣含硫率降为24.32%,元素硫的挥发率超过80%。常压蒸馏法处理该含硫渣是行之有效的方法。

4.期刊论文王吉坤.彭建蓉.杨大锦.阎江峰.WANG Ji-kun.PENG Jian-rong.YANG Da-jin.YAN Jiang-feng高铟高铁闪锌矿加压酸浸工艺研究-有色金属(冶炼部分)2006(2)

介绍高铟高铁闪锌矿精矿加压酸浸提取锌铟试验研究情况,重点考察精矿粒度、硫酸用量、时间、氧气分压力对铟、铁浸出率的影响.结果表明,采用二段加压浸出,既可以保证高的锌、铟浸出率,又能够实现锌、铟与铁的选择性浸出,降低浸出液的酸度.

5.期刊论文王吉坤.李存兄.李勇.张红耀.黄卉.阎江峰.刘露.魏昶.WANG Ji-kun.LI Cun-xiong.LI Yong.ZHANG Hong-yao.HUANG Hui.YAN Jiang-feng.LIU Lu.WEI Chang高铁闪锌矿高压酸浸过程中ZnS-FeS-H2O系的电位-pH图-有色金属(冶炼部分)2006(2)

对高铁闪锌矿高压酸浸的热力学过程进行了研究,并绘制了150℃、氧气压力为1 MPa时,浸出体系中ZnS-H2O系、FeS-H2O系、ZnS-FeS-H2O系的电位-pH图.

6.期刊论文王帆.王吉坤.蒋继波.李勇.刘翘楚二段加压酸浸中铁的行为研究-中国有色冶金2009(5)

为了降低一浸终液残酸量和便于处理高铁闪锌矿,冶金工作者开发出了二段加压浸出工艺.但新工艺的完善需要理论的跟进.铁在加压浸出中的行为

,一直是加压酸浸理论的重难点.而二段加压酸浸中铁的行为,国内外尚没相关正式研究报告.本文通过设计试验,对铁在二段加压酸浸中的行为进行了浅析,特别是研究了第二段加压浸出中铁的浸出行为.

引证文献(1条)

1.杨大锦2007年云南冶金年评[期刊论文]-云南冶金 2008(02)

本文链接:https://www.doczj.com/doc/1e15913621.html,/Periodical_ysyl200702010.aspx

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