ZnO礦附加值利用狀況
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本文作者：靳學(xué)利王家偉黃巖路長遠(yuǎn)任彥軍作者單位：貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院
0引言
工信部2010年8月8日公告淘汰落后產(chǎn)能企業(yè)名單。從產(chǎn)能規(guī)模看，煉鐵、煉鋼、水泥、玻璃、焦炭和造紙是此次淘汰落后產(chǎn)能的主力。這表明我國加快了轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長模式，建設(shè)環(huán)境友好型社會的步伐;另一方面，隨著我國鋅精礦資源的日益枯竭，原料爭奪戰(zhàn)愈演愈烈，從難選、低品位、多金屬復(fù)雜鋅礦中提取鋅和有價(jià)金屬已引起人們的高度重視，開發(fā)中低品位氧化鋅礦是緩解原料嚴(yán)重短缺，保持鋅冶金長期穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)現(xiàn)鋅工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的必由之路。科研人員已經(jīng)開始逐步關(guān)注低品位氧化鋅礦的綠色高附加值綜合利用，資源綜合利用就是要“變廢為寶”［1］。
1高純產(chǎn)品制備
郭興忠等［2］進(jìn)行了從低品位氧化鋅礦直接制取納米氧化鋅粉的實(shí)驗(yàn)研究。得到的氧化鋅顆粒的晶形為長針狀或棒狀，其顆粒直徑為20nm～100nm，長度為50nm～500nm，長徑比為1～15;并分析指出了有利于氧化鋅粒子的均勻成核、得到納米粒子的因素。
王國軍［3］以代蘭特拉氧化鉛鋅礦為原料提出了氧化鉛鋅礦直接制活性氧化鋅的工藝，達(dá)到鉛鋅分離，鉛富集，回收鐵，錳等有價(jià)金屬的目的，實(shí)現(xiàn)了低品位氧化鋅礦的綠色高附加值綜合利用。代蘭特拉氧化鉛鋅礦中的鋅主要的存在形式為:菱鋅礦(ZnCO3)、水鋅礦(2ZnCO3•3Zn(OH)2、鋅礬(ZnSO4)、硅鋅礦(ZnSiO3)和鐵鋅礦(zno•Fe2O3)。
其工藝流程如圖1所示。
主要化學(xué)反應(yīng)如下:（略）。
采用酸浸工藝，鋅的回收率可達(dá)92%，并可實(shí)現(xiàn)鉛鋅分離，該工藝制活性氧化鋅技術(shù)路線是可行的。
劉清等［4］提出了貧雜氧化鋅礦堿浸－沉淀法制備鋅精礦和鉛精礦的新工藝，該試驗(yàn)結(jié)果表明:鉛和鋅的回收率均達(dá)到80%以上，得到的鋅精礦中鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%，鉛精礦中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%，均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
其中沉淀鉛的最佳工藝條件為:硫化鈉沉淀劑加入量是鉛質(zhì)量的1.8倍，溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間30min;沉淀鋅的最佳工藝條件為:硫化鈉沉淀劑加入量為需沉淀鋅質(zhì)量的2．4倍，溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間3h。該工藝流程如圖2所示。
2有價(jià)元素的綜合回收利用
在某些高硅低品位氧化鋅礦的處理過程中一方面需要我們提高鋅的浸出率［5－6］，另一方面提取SiO2，富集其它有價(jià)金屬也是一條資源的綠色高附加值綜合利用之路。這方面的研究可以借鑒東北大學(xué)牟文寧等［7］用高濃度NaOH浸出紅土鎳礦中SiO2，該研究表明在最佳工藝條件下SiO2的浸出率可達(dá)82．77%，同時(shí)堿浸渣中的鐵、鎂、鎳被富集，其中氧化鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1．29%提高到2．15%。
王佳東、翟玉春等人［8］在以硅酸鈉為原料制備SiO2粉體的研究過程中以CO2代替無機(jī)強(qiáng)酸，采用分步碳分工藝制備高純SiO2粉體。這樣既減少了無機(jī)強(qiáng)酸的消耗，同時(shí)又能滿足資源利用與環(huán)境保護(hù)的要求。該研究表明:在第一步碳分終點(diǎn)pH=10．9時(shí)，雜質(zhì)Al、Ca、Fe等元素的去除率接近100%，當(dāng)控制第一步碳分終點(diǎn)pH值為10．9時(shí)，第二步碳分產(chǎn)物SiO2純度高達(dá)99．9%以上，且制備的SiO2粉體為規(guī)則的非晶態(tài)球形顆粒、粒度均勻。
其中主反應(yīng):（略）。
李國民［9］進(jìn)行了高硅氧化鋅礦浸出脫硅工藝的研究，提出了原礦中和脫硅，二次酸浸工藝，該工藝用原礦取代石灰作中和劑，酸耗降低約50%，堿耗減少約75%，并且通過增加中和凝聚渣的二次酸浸工序，提高鋅回收率約9%，使鋅的浸出率高達(dá)96．1%。
王玉芳等［10］在研究蘭坪某灰?guī)r型低品位氧化鋅礦時(shí)，根據(jù)礦石鋅品位低、氧化不完全等特點(diǎn)提出了原礦直接氨浸———浸出渣選礦回收硫化礦工藝流程，其中氨性攪拌浸出考察了氨水濃度、浸出時(shí)間、液固比、粒度等因素對鋅浸出率的影響。氨性浸出渣可直接浮選生產(chǎn)鋅精礦與鉛精礦，鋅的總回收率約84%。該工藝具有金屬回收率高，工藝流程簡短，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
龔恩民等［11］針對某低品位氧化鋅礦石結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氧化率高、嵌布粒度細(xì)和風(fēng)化泥化嚴(yán)重的特點(diǎn)，采用了焙燒———磁選聯(lián)合流程處理該礦石，獲得了鐵品位60．95%、鐵回收率80．55%的選礦指標(biāo)。該工藝流程實(shí)現(xiàn)了鋅、鐵金屬及稀有金屬的綜合回收，有效利用了礦物，有著較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會前景。試驗(yàn)流程如圖4所示。
濕法煉鋅工藝中產(chǎn)出的含有多種有價(jià)金屬的廢渣是一種寶貴的資源，楊文棟［12］采用“資源消費(fèi)→產(chǎn)品→再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，在原有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上積極開發(fā)創(chuàng)新，再建了諸多有價(jià)金屬綜合回收工序，如鈷鎳渣處理工序、金銀回收工序、硫酸鋅生產(chǎn)工序、銦回收工序等，實(shí)現(xiàn)了資源的綠色高附加值綜合利用，提升了企業(yè)的技術(shù)內(nèi)涵和綜合實(shí)力。
3細(xì)菌冶金技術(shù)在難處理礦中的應(yīng)用
在綠色冶金中細(xì)菌冶金方興未艾，細(xì)菌冶金又稱為微生物浸礦，是在生物工程技術(shù)與傳統(tǒng)礦物加工技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型冶金工藝，它體現(xiàn)著學(xué)科間的交叉與融合。其原理是氧化亞鐵硫桿菌等化能自養(yǎng)菌具有亞鐵氧化酶或還原硫氧化酶，這些酶能催化礦物中的亞鐵和還原硫迅速氧化，使得礦物中的有價(jià)金屬轉(zhuǎn)化為溶液中的離子［13］。
據(jù)報(bào)道，用微生物浸礦技術(shù)可回收銅﹑鈾﹑金﹑鋅等50多種元素［14］。加拿大、印度、前蘇聯(lián)等國家，利用細(xì)菌法溶浸鈾礦成本大幅度降低，而且還能綜合回收鐵、釔及其它稀土金屬［15］。目前，細(xì)菌浸礦在閃鋅礦的處理中應(yīng)用的比較多，而將細(xì)菌用于氧化鋅礦的浸出過程中，不僅能促進(jìn)其中少量的硫化礦在較短時(shí)間內(nèi)浸出，提高鋅的浸出率，還有利于浸出液沉淀除鐵，降低濾液中的鐵含量［16］。氧化鐵硫桿菌直接或間接浸出硫化鋅礦的原理如下所示:（略）。
細(xì)菌冶金具有投資少、成本低、其工藝條件易控制，設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，從而可以達(dá)到資源高附加值綜合利用的目的。同時(shí)細(xì)菌冶金工藝又是符合環(huán)境友好型的綠色冶金工藝。
4結(jié)論與展望
1)因地制宜。科研人員根據(jù)各地低品位氧化鋅礦的不同特點(diǎn)提出的各種綠色工藝，資源的高附加值綜合利用工藝具有鋅及其它金屬的回收率高，目標(biāo)產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小，資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，從而可以彌補(bǔ)我國鋅精礦資源的短缺，在一定程度上改變我國鋅工業(yè)發(fā)展后勁乏力的不利局面，大大提升企業(yè)的技術(shù)內(nèi)涵和綜合實(shí)力，綠色高附加值綜合利用是今后我們處理低品位氧化鋅鋅礦的工藝目標(biāo)與發(fā)展方向。
2)綠色冶金又稱為清潔冶金﹑無污染冶金。低品位氧化鋅礦處理中采用的各種綠色冶金工藝，包括方興未艾的細(xì)菌冶金工藝，可以有效預(yù)防環(huán)境污染，確保員工和居民的健康，體現(xiàn)出了良好的生態(tài)效益和社會效益;而低品位氧化鋅礦的高附加值綜合利用則又為企業(yè)創(chuàng)造出了可觀的經(jīng)濟(jì)效益﹑生態(tài)效益;社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念，符合科學(xué)發(fā)展觀。
3)低品位氧化鋅礦的綠色高附加值綜合利用體現(xiàn)出了生產(chǎn)過程中的一種新的發(fā)展理念與生產(chǎn)方式:循環(huán)經(jīng)濟(jì)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)是指在生產(chǎn)，流通和消費(fèi)等過程中進(jìn)行的減量化﹑再利用﹑資源化活動(dòng)的總稱。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)可以提高資源效率﹑環(huán)境效率，其最終目的是有利于經(jīng)濟(jì)﹑社會的可持續(xù)發(fā)展。低品位氧化鋅礦的綠色高附加值綜合利用提高了鋅等資源的利用率，減少了環(huán)境污染物的排放，破除了此類氧化鋅礦資源品位低的約束，環(huán)境容量瓶頸，生產(chǎn)過程達(dá)到了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。把發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念應(yīng)用于低品位氧化鋅礦的處理工藝中有利于我國鋅工業(yè)長期﹑健康﹑穩(wěn)定的發(fā)展。我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可以借鑒德國循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的立法實(shí)施，日本循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中民眾的積極參與，丹麥循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中稅收的作用等經(jīng)驗(yàn)［17］。
