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硫化锌精矿流化床焙烧过程中发生的矿物学变化外文翻译资料

 2021-12-12 10:12  

英语原文共 6 页

硫化锌精矿流化床焙烧过程中发生的矿物学变化

T.T. Chen and J.E. Dutrizac

在硫化锌精矿的流化床焙烧过程中,闪锌矿( Zn , Fe ) S 中的硫从颗 粒中扩散出来,而相关的锌和铁则转化为( Zn , Fe ) O 。来自( Zn , Fe ) O 相的铁向外迁移到颗粒的外围,形成 ZnFe2O4。得到的多孔 ZnO ZnFeO 颗粒聚集形成大的球形质量。紧密的壳随后在附聚物的表面上形成并继续向内生长; 最终,颗粒变得紧凑。由ZnO,ZnFe2O4, Zn2Si4和氧化铅 / 氧化物的共生组成通常存在于凝聚物中 似乎形成了 Zn2SiO 4 和氧化铅 / 氧硫酸盐相气相反应。偶尔在烘烤过程中发生流体化。脱流附聚物由煅烧颗粒组成,煅烧颗粒由硫酸氧锌和硫酸锌胶结。

介绍

目前,世界上超过80%的锌金属使用焙烧 - 电解提取法从硫化锌精矿中提取1在这个过程中,闪锌矿(Zn,Fe)S中的硫转化为二氧化硫,然后转化为硫酸。闪锌矿中的大部分锌转化为ZnO,但是显着的部分与铁杂质反应形成ZnFe2O4。这样在焙烧电路中生产的煅烧物使电路经受中性和弱酸浸出以产生 ZnSO4溶液用于纯化和随后的电解。焙烤过程已经实践了几十年;然而,很少有系统的研究来研究闪锌矿(Zn,Fe)S颗粒在焙烧过程中的反应。2–4为了确定相位和形态变化发生,当焙烧过程中闪锌矿转变为ZnO 和ZnFe2O4时,在矿物学上研究了加拿大魁北克省Valleyfield的CEZinc 生产的硫化锌精矿和焙烧炉。有关实验详细信息,请参阅侧栏。

闪锌矿的氧化

焙烧炉煅烧物含有微量部分反应的闪锌矿;这些颗粒的表面已经转变成均匀的多孔的带状的(Zn, Fe)O或ZnO ZnFe2O4。图1说明了几种部分反应的闪锌矿颗粒。颗粒通常保留原始闪锌矿颗粒的近似形态。大部分原始闪锌矿都发生了反应;只有一小部分没有反应。颗粒的表面部分已经转变成细粒均匀和多孔的ZnO ZnFe O(阶段3)。在闪锌矿核和ZnO ZnFe2O4层之间发生相对致密的(Zn,Fe)O相(灰色,相2)。该(Zn,Fe)O相含有微量的硫。外层均匀多孔ZnO ZnFe2O4层由内部致密(Zn,Fe)O相形成,而内部致密 (Zn,Fe)O相又由闪锌矿(Zn,Fe) S形成。观察到的反应序列与图2中所示的Torbed反应产物4中观察到的 反应序列一致,其中在975℃加热20秒后,闪锌矿最初转变为(Zn,Fe)O相。进一步加热后,(Zn ,Fe)O 相反应形成ZnO 和 ZnFe2O4,偶尔Fe2O3。(Zn,Fe)O 相是均匀的,而中的铁是(Zn,Fe)O相可能发生在亚稳态固溶体中;然而,铁可能已经氧化成三价铁(ZnFe O)。在图1中,微小的毛孔颗粒的反应部分由焙烧过程中SO2气体的演变或闪锌矿及其反应产物的密度差异引起的。 2由主要ZnO和次要ZnFe组成的更多孔质量(第5相)2 )O4附着在颗粒的ZnO ZnFe2O4表面层上。这是最外层的多孔ZnO ZnFe2O4质量(相5)似乎是通过进一步的反应或聚结/聚集从细粒均匀和多孔的ZnO ZnFe2O4 质量(阶段3)发展而来的。与其他粒子。图1中存在几种非常多孔的ZnO ZnFe2O4颗粒。 图3显示了部分反应的闪锌矿颗粒中O,Zn,S和Fe的分布。次要的电子图像(SE图)说明了粒子的形态(图3a);背散射电子(BSE)图 像显示了粒子的组成(图3b);并且灰度级的差异表明组成的差异。在氧气OKalpha;(图3c),锌ZnLalpha;(图3d),硫磺SKalpha;(图3e)和铁FeK (图3f) 图中,较亮区域具有较高浓度的指定元素。在图3b中,颗粒的核心(亮部分)是未反应的闪锌矿;直接与芯接触的灰色边缘是(Zn,Fe)O,相邻的深边缘是多孔的,但含有高铁。最外区是ZnO和ZnFe2O4的混合物。可以观察到,在硫化锌精矿的流化床焙烧过程中,闪锌矿(Zn,Fe)S中的硫扩散出颗粒(图3e),硫被替换为氧(参见图3c中的(Zn,Fe)O边缘)。也就是说,锌与氧原位反应形成(Zn,Fe)O相(参见图3c,3d 和3f)(等式1)。同时,铁向外扩散但不太快(注意图3f中(Zn,Fe)O边缘的相对暗)。在所示颗粒中,大部分铁存在于多孔区(即与(Zn,Fe)O相紧邻的区域)。铁也在颗粒的周边富集。这意味着来自(Zn,Fe)O相的铁向外迁移到颗粒的外围,形成ZnFe2O4 。结果是富含 ZnO的多孔质量的ZnO ZnFe2O4 (图 1)。这种铁的向外扩散也是如此。其他研究人员观察到。

(Zn1–xFex)S 3/2 O2 → (Zn1-xFex)O SO2 (1)

2(Zn1–xFex)O x/2 O2 → (2-3x) ZnO x ZnFe2O4 (2)

最初存在于闪锌矿中的已经迁移到颗粒的外围,形成富含铁的壳(图4f)。然而,锌保留在原位并均匀分布在整个颗粒上(图4d)。最初存在于颗粒的反应部分中的硫已经消失,硫被氧取代(图4c和4e)。反应过的部分变得多孔并分区;它含 有锌和氧以及微量的铁。尽管大部分颗粒已经反应,但颗粒仍然保留了原始闪锌矿颗粒的近似形态。可以观察到反应发生在表面上粒子向内进行重复分区代表从颗粒 表面开始并向内进行的一系列焙烧反应。孔隙率是硫排放和体积变化的结果。同样,颗粒中O,Zn,S和 Fe的分布意味着,在焙烧过程中,闪锌矿中的硫扩散出颗粒,随后铁向颗粒表面扩散。基本上所有的锌都保留在原位。锌和残留的铁与氧原位反应形成(Zn,Fe)O相。随后,来自(Zn,Fe)O相的铁迁移到颗粒的外围,形成富含ZnFe2O4的边缘。

试验

在CEZinc,大约500,000吨/年的硫化锌浓缩物,含水量为6-8%H2O,被送入四个Lurgi流化床焙烧炉。空气被吹入烘烤机,烘烤在约950°C进行,保留时间超过6小时。烘烤后,产品通过废热锅炉,旋风分离器和静电除尘器;将收集的煅烧物进行球磨并储存在筒仓中随后的浸出。 图4显示了另一种部分反应的闪锌矿颗粒中元素的分布。核心是含有微 量铁的ZnS。CEZinc研究了从铁中采集硫化锌精矿和煅烧的样品。表A报告了样品的组成。对原样材料进行X射线粉末衍射分析以鉴定主要结晶相。从原样中制备抛光切片,通过光学显微镜,扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线(EDX)分析以及电子探针分析来研究抛光切片,以确定微观结构,矿物种类,和存在的相的定量组成。使用EDX光谱法绘制部分焙烧的闪锌矿颗粒中元素的分布。

硫化锌精矿

样品由闪锌矿和少量黄铁矿,以及痕量黄铜矿,角闪石PbSO4,方铅矿,石膏, 石英,绿泥石,磁铁矿和毒砂,铁白云石(Ca,Mg,Fe)CO3组成,图A显示了硫化锌浓缩物的一般形态。丰富的大灰色颗粒是闪锌矿;黑色颗粒是硅酸盐,微小 的亮颗粒是角质或方铅矿。粒径从lt;5mu;m到70mu;m不等,大多数在25-70mu;m的范围内。黄铁矿以游离颗粒和闪锌矿复合颗粒存在。黄铜矿主要以游离颗粒形式存在, 但少量存在微小(~1-2 m)闪锌矿中存在的渗透物。方铅矿被发现为微小(lt;3mu;m)的自由晶粒,如闪锌矿和黄铁矿中的夹杂物,由角岩镶嵌的岩心,以及闪锌矿或黄铁矿的复合晶粒。 大多数角晶石以针状晶体簇的形式存在;一小部分发生在方铅矿上的改变边缘。微量元素,磁黄铁矿,绿泥石,砷黄铁矿和石英作为复合颗粒以闪锌矿和黄铁矿的形式被检测出来。复合颗粒仅包含非常小部分的样品,它们主要由闪锌矿 - 黄铁矿,黄铁矿 - 砷黄铁矿,黄铜矿 - 黄铁矿 - 闪锌矿 - 方铅矿,闪锌矿 - 黄铜矿和闪锌矿 - 黄铁矿 - 方铅矿组成。 基本上样品中的所有闪锌矿被检测为游离颗粒,粒径范围从lt;5mu;m 到约70mu;m。大多数闪锌矿颗粒的尺寸范围为25微米至70微米。闪锌矿的平均组成通过电子探针分析测定的颗粒的重量百分比为Zn-59.97 Fe-6.90 S-33.16。 固溶铁含量在3.7%至8.9%之间变化。 闪锌矿中的固溶体中未检测到锰,镉和铜。核心改变得铁耗尽。得到的ZnO ZnFe2O4质量是多孔的,但仍保留原始闪锌矿晶粒的总体轮廓。一些铁扩散到颗粒表面,并形成 Fe2O3颗粒(通过XRD分析检测),其可能与焙烧的闪锌矿颗粒分离。图中的亮点 4f代表FeO.(第3阶段)。

2(Zn1-xFex)O x/2 O2 → 2(1-x) ZnO xFe2O3 (3)

从等式2和等式3可以推断,如果保留时间足够长,则(Zn,Fe)O相最终将转化为ZnO。烘烤时,单个颗粒非常多孔并分区。图5显示了典型的焙烧颗粒的详细形态,其仍然保留了原始未反应的闪 锌矿颗粒的一般形态。由孔(黑 色),ZnO(基质)和ZnFe2O4(lt;1mu; m,灰色)组成的带状结构是明显的。毛孔的形状形成绑带。偶尔,追踪检测到Zn2SiO4的含量带状结构。这些微小的ZnFe2O4 颗粒由闪锌矿的固溶铁含量形成。由黄铁矿或磁黄铁矿形成的ZnFe2O4 颗粒很大(gt;30mu;m)并且通常表现出由具有ZnFe2O4边缘的Fe2O3或Fe3O4的核心。

硫化锌精矿以角铁矿和方铅矿存在;铜以黄铜矿形式存在。

流化床焙烧炉煅烧

流化床焙烧炉煅烧物含有重量百分比的Zn-62.5 Fe-9.7 S合计-2.2 Pb-0.8 Cu-0.4 SO4-3.8。X射线粉末衍射分析表明存在大量的ZnO和少量的 ZnFe2O4,以及痕量的闪锌矿,Zn SiO,ZnSO和石英。图B显示了一般形态焙烧炉煅烧。煅烧主要由ZnO和 ZnFe2O4组成;少量的Zn2SiO4,(Zn,Fe)O,部分反应闪锌矿,氧化铅和氧硫酸铅存在。另外,痕量Fe2O3,硫酸锌,Zn-Fe硫酸盐,Zn-Pb 硅酸盐,硫酸铜,石英,K-Al硅酸盐, CaSO4 nH2O,Cu-Fe氧化物,Fe-Al硅酸盐和Ca-Pb-Zn-Fe-P氧化物检测。大多数颗粒是亚球形和紧凑的,或具有带多孔芯的紧凑壳。次要量的煅烧作为多孔和不规则颗粒发生,主要在于尺寸在100微米到300微米之间,这意味着凝聚。基本上所有的颗粒都由主要的 ZnO相和从属的ZnFe2O4相组成;通常检测到痕量的Zn2SiO4。许多颗粒具有紧凑的边缘,似乎含有比多孔芯稍多的 ZnO。粒径从大约1微米到300微米不等,大多数是80微米到200微米。煅烧颗粒很明显比原始的闪锌矿颗粒(25-70微米)大。聚集 和 球形颗粒的形成清楚在烘烤过程中发生过。一小部分颗粒的尺寸小于40微米;这些不规则形状的颗粒中的一些似乎保留了原始的闪锌矿颗粒尺寸,而其他似乎是由球磨机研磨产生的,这是CEZinc焙烧炉回路的一个组成部分。作为一般观察,传统的流化床焙烧炉产品通常具有类似于图B中所示的形态。

颗粒的团聚

图B显示大多数煅烧颗粒的尺寸范围为约80mu;m至200mu;m。然而,原始的闪锌矿颗粒主要是25mu;m 至70mu;m大小。煅烧的大粒径意味着在焙烤过程中发生了颗粒的团聚。 图6提供了聚集机制的一些证据。毫无疑问,大的(170 times; 180 micro;m) 多孔 质量(相位 1) 出现在图的中心和有点紧凑的质量 (80 micro;m times; 120 micro;m)出现在左上角角落是由聚集形成的。相反,小的(~30mu;m)角形颗粒(阶段4)可能代表原始尺寸的闪锌矿颗粒,碎裂颗粒,凝聚的氧化锌蒸气或破碎颗粒碎片。同样,由紧凑壳和多孔芯组成的大(~100mu;m)球形晶粒(相2)也是团聚产品。团聚可能是由于颗粒

资料编号:[5535]

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