压力场下高硅氧化锌矿高温酸转化及硅沉淀机理研究

Zinc silicate ore, a nonferrous metal mineral resource riched in Yunnan, is researched in the present project. The chemical principle of pressure precipitation in which process silicic acid or gel will be conversed in to quartz is used to avoid the adverse effect on slurry filtration in conventional process. The researcher focuses on selectively leaching of zinc, dissolution of silicate compounds, conversion of silicic acid or gel to quartz, new phase formation, nucleation and growth, and coupling relationship between dissolution of zinc minerals and and precipitation of silicate compounds. By the research results we will reveal the conversion mechanism of single zinc mineral and establish its dynamic model, basic theory and technical prototype. This project will powerfully enrich and deepen the basic theory system of pressure hydrometallurgy, break through the traditional hydrometallurgical technology for high silicon zinc ore, present an efficient and clean technology for zinc silicate ore. It would be practicability and maneuverability for efficiently extracting and separating of zinc silicate ore riched in Yunnan of China.

以云南省丰富的有色金属矿产资源-高硅氧化锌矿为研究对象，利用加压沉淀法化学原理在一定温度、压力和酸度下，将酸性溶液中的硅酸（硅胶）转化成易过滤的石英沉淀物，避免常规酸浸工艺形成的硅胶对浸出矿浆过滤性能的影响；重点解决压力场下高硅氧化锌矿高温酸转化过程中锌的可控提取及调控原理，硅的溶解及硅酸（硅胶）-石英的沉淀机理，石英新矿相的形成、晶体成核、发育和长大过程，锌矿物的溶解与硅沉淀的耦合关系；揭示压力场下高硅氧化锌矿高温酸转化过程的限制性环节，锌硅酸盐单矿物溶解转化机理并建立其动力学模型和基础理论。项目极大地丰富和深化加压湿法炼锌基础理论体系，突破传统湿法炼锌技术，为高硅氧化锌矿的清洁高效提取开辟绿色途径，对云南及我国储量丰富的高硅氧化锌矿的高效分离和提取具有重要的实用性和可操作性。

针对常规酸浸工艺处理高硅氧化锌矿过程中形成的硅胶严重影响浸出矿浆过滤性能的问题，本研究利用加压沉淀法化学原理在一定温度、压力和酸度下，将酸性溶液中的硅酸（硅胶）转化成易过滤的石英沉淀物，实现锌的可控提取并获得过滤性能较好的浸出矿浆。采集了两种典型的高硅氧化锌矿物-异极矿型高硅氧化锌矿和高硅硫氧混合锌矿，工艺矿物学研究表明：异极矿型高硅氧化锌矿中含Zn含量为23.65%、 SiO2 55.42%，主要锌矿物为异极矿；高硅硫氧混合锌矿中锌主要以异极矿和闪锌矿形态存在，脉石矿物主要为石英。异极矿型高硅氧化锌矿高温酸转化的优化技术参数为：矿物粒径 -98+74μm，硫酸浓度0.44mol/L，压力1.4MPa，时间120min，温度140℃，液固比6:1。此条件下高硅锌矿高温酸转化过程中锌的浸出率可达97%以上，浸出渣中石英含量达79.74%，浸出矿浆平均过滤速率达777L/m2•h。高温酸转化体系下以异极矿和硅锌矿形态存在的可溶硅以H4SiO4形式进入溶液后转化形成SiO2沉淀主要影响因素为温度，在140-160℃的温度范围内，溶液中H4SiO4转化形成SiO2沉淀的效果最佳。异极矿和硅锌矿中的可溶硅进入溶液形成硅溶胶后，其在热力学上是可以自发地转化形成二氧化硅。纯硅锌矿高温酸转化过程总的浸出速率受单个微粒周围固态产物层扩散控制，其表观活化能为22.06kJ/mol，硫酸的表观反应级数为1.6472。异极矿高温酸转化过程符合固相内扩散控制模型，其表观活化能为44.9kJ/mol，硫酸的表观反应级数为0.7993。项目极大地丰富和深化加压湿法炼锌基础理论体系，突破传统湿法炼锌技术，为高硅氧化锌矿的清洁高效提取开辟绿色途径，对云南及我国储量丰富的高硅氧化锌矿的高效分离和提取具有重要的指导作用。