锌焙砂浸出
一、实验目的
1、掌握锌焙砂浸出过程的基本原理。
2、学习φ-pH图在湿法浸出过程中的运用。
二、实验原理
硫化锌精矿经氧化焙烧后，锌在焙砂中以ZnO、ZnSO4、ZnS、ZnO·SiO2、ZnO·Fe2O3、ZnO·Al2O3等形态存在。
锌焙砂的浸出过程是指用硫酸水溶液（或废电解液）做溶剂，将锌焙砂中的锌溶液溶解转入溶液的过程，其反应为：
ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O （1）
浸出的目的是尽可能完全和迅速的把锌焙砂中的锌转入溶液，同时使其与杂质分离。实际上ZnO、ZnSO4和ZnO·SiO2很容易进入稀硫酸水溶液中；而ZnS则总溶于热浓硫酸中；而ZnO·Fe2O3和ZnO·Al2O3则溶解很少，进入浸出残渣中。问题在于锌浸出的同时，相当数量的杂质（Cu、Cd、Fe、As、Sd等）也转入溶液，为减少杂质的进入，工业上将浸出分为中性浸出和酸性浸出，中性浸出除需把锌浸出外，还承担着中和水解净化除去Fe、As、Cd等杂质的任务，在保证浸出液质量的同时，最大限度的溶出锌。中性浸出工业实践中，溶液中锌的水解析出的pH值与其浓度有关，溶液中锌浓度与锌水解沉淀析出的pH值关系图2-1。
实践中，中性浸出的pH值控制在5～5.2。酸性浸出除考虑杂质少量溶解外，重要的是使锌更多的溶解，以提高焙砂中锌的浸出率，其终点酸度一般控制在1～5g/l H2SO4。
杂质离子与锌分离最简单的方法是中和水解沉淀。其原理可用φ-pH图（2-1）来分析。从图2-1可看出：Fe2+水解沉淀的pH值大于Zn2+的水解pH值，而Fe3+水解沉淀的pH值则比Zn2+水解pH值小得多，在保证浸出液中ZnSO4不发生水解沉淀情况下，用中和水解沉淀法只能将Fe3+有效的除去，为了净化除铁，则必须将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，在工业生产中一般用软锰矿进行氧化，本试验用过氧化氢作氧化剂。其反应如下：
2FeSO4+H2O2+H2SO4=Fe2（SO4）3+2H2O （2）
所得到的三价铁的硫酸盐按下式水解：
Fe2（SO4）3++6H2O=2Fe（OH）3+H2SO4 （3）
反应产生的硫酸采用家焙砂和石灰乳中和，本试验采用Na2CO3溶液中和。
图1-1 溶液中锌浓度与氢氧化 图1-2 锌焙烧砂中性浸出原理
锌开始沉淀析出的PH值
三、实验设备、试剂及实验技术条件
1、实验设备
(1)磁力子搅拌器 1台；
(2)浸出容器及配件 1套；
(3)分析仪器 1套；
(4)锌焙砂；
(5)工业硫酸；
(6)饱和Na2CO3液；
(7)过氧化氢。
2、实验技术条件
(1)浸出技术条件
温 度： 60~70℃
硫酸液： 含H2SO4：110g/l；
液固比： 8∶1；
时 间： 30分钟；
搅 拌： 磁力搅拌；
锌焙砂： 40g。
(2)中和技术条件
温 度： 40~50℃；
搅 拌： 磁力搅拌；
起始氧化剂：过氧化氢；
中和剂： 饱和Na2CO3液；
pH值终点： 5.2~5.4。
四、工艺流程及操作步骤
(一)工艺流程
图2-3 锌浸出工艺流程
(二)操作步骤
（1）配制溶剂
根据工业硫酸的比重和浸出技术条件（锌焙砂、硫酸液浓度、液固比），在量筒中配制溶剂，配好的溶剂取样分析（分析方法见后）溶剂的含酸量（g/l），并将溶剂倒入浸出容器中，置于磁力加热搅拌器上进行加热。称取锌焙砂40克。
（2）浸出
当溶液温度升到60~70℃时，轻轻放入磁力子，开动搅拌器，控制在适当的转速后，缓慢加入锌焙砂，浸出即开始，维持技术条件30分钟。
（3）中和
浸出30分钟后，加入过氧化氢5ml，搅拌5~10分钟，随后缓慢加入饱和Na2CO3液中和，边中和边用pH试纸检测矿浆pH值达到5左右时，应更缓慢的加入饱和Na2CO3液，当pH值=5.2~5.4时，停止保温加热，停止搅拌，并注意观察沉渣及颗粒长大情况。
（4）过滤
矿浆经澄清后，用瓷漏斗真空过滤，滤渣经水洗2~3次后弃去，滤液用量筒量取体积，并记录，滤液倒入净化容器中留待分析和净化实验。
（5）浸出液含Zn量的测定
采用EDTA容量法（络合滴定）测定浸出液Zn含量，其分析步骤如下：
用移液管准确吸取浸出液1ml于300ml三角杯中，加蒸馏水20ml；加0.1%甲基橙1滴，加1∶1HCl中和甲基橙变红色；
加1∶1氨水2~3滴，使其变黄；
加醋酸—醋酸钠缓冲液10ml，加10%的硫代硫酸钠2~3ml混匀；
加0.5%二甲酚橙指示剂2滴，用EDTA标准溶液滴至溶液由酒红色变至亮黄色为终点。
浸出液含锌计算：
式中：G— 浸出液含锌总量（g）；
V— 滴定消耗的EDTA量（ml）；
T—滴定度（g/ml）；
W—浸出液总体积（ml）；
X—取来分析的浸出液的量（ml）。
（6）酸的测定
采用酸碱中和法测定溶剂的酸含量，分析步骤如下：
用移液管准确吸取浸出液1ml于300ml三角杯中，加蒸馏水30~50ml；
加0.1%甲基橙2~3滴，用标准氢氧化钠滴定至溶液由红色至黄色为终点。
式中：G— 溶剂含酸量（g/l）;
V— 滴定消耗的NaOH量（ml）；
T— 滴定度（g/ml）；
X— 取来分析的溶剂量（ml）。
五、实验记录
焙砂重量：（g）； 焙砂含锌：（%）；
浸出液体积：（ml）； 浸出液含锌总量:（g）。
表1-1 实验记录
时 间 |
操作步骤 |
试剂用量 |
温 度 |
pH/（g/l） |
现 象 |
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六、数据处理和报告编写
(1)浸出率计算
焙砂中总含Zn量=焙砂量×焙砂含Zn量%
(2)实验报告内容
1．简要叙述锌浸出的基本原理，工艺流程。
2．简述实验操作，评述浸出结果。
3．应采取哪些措施强化浸出结果，提高锌的浸出率，同时使杂质尽可能少转入溶液。
4．简述如何运用φ-pH图来控制工艺条件和锌焙砂中杂质在中性浸出时的去向。
5．谈谈你对本实验有何改进意见。
