铁锌氧化物选择性硫化与高效分选调控机制研究

To solve the technological problems existed in the process for recycling zinc from steel smelting dusts and lead-zinc smelting wastes by sulfidation roasting-flotation process, an innovative idea “selective sulfidation and grain modification” was proposed, that is to convert the zinc and iron contained in the materials into zinc sulfides and iron oxides or metallic iron by controlling roasting conditions, in the mean time, to achieve the effective growth of synthetic ZnS grains. This is to fundamentally resolve the problems including fine grains and poor floatability of synthetic ZnS minerals and difficulty in the separation of zinc and iron. The key to this technology is the selective sulfidation of zinc-iron oxides and the effective modification of synthetic ZnS. This study focuses on the selective sulfidation of zinc-iron oxides and its reaction meachanism, the modification mechanism of crystal and grain size of sythetic ZnS minerals, and the surface properties and flotation behaviors of synthetic ZnS minerals. The purpose of this research is to reveal the mechanism of selective sulfidation of zinc-iron oxides and effective inhibition of SO2 production, to ascertain the key factors that affect the growth of synthetic ZnS grains, their surface properies and the adsorption behaviors of flotation reagents, and finally to establish the fundamental theory on selective sulfidation of zinc containing smelting wastes and its modification for effective separation of zinc.

针对“硫化焙烧-浮选”工艺回收钢铁冶金尘泥和铅锌冶炼废渣中有价金属锌存在的技术难题，提出了“选择性硫化与晶粒调控”的新思路，即控制硫化焙烧条件使物料中铁锌转化为锌硫化物和铁氧化物或金属铁，同时实现人造硫化锌矿晶粒的有效生长，从根本上解决人造硫化锌矿晶粒小、可浮性差和铁锌分离难的问题。该技术的关键是铁锌氧化物的选择性硫化与人造硫化锌矿晶粒的有效调控。本研究重点开展铁锌氧化物选择性硫化及反应历程研究、人造硫化锌矿晶型与晶粒调控机制研究、人造硫化锌矿表面性质与浮选行为研究，揭示铁锌氧化物选择性硫化与有效抑制SO2生成的机理，查明影响人造硫化锌矿晶粒长大的关键因素及其表面性质与浮选药剂吸附行为，最终建立含锌冶炼废料选择性硫化与高效分选调控的基础理论。

针对铅锌冶炼渣和钢铁冶金尘泥中铁锌分离难的问题，开展了铁锌氧化物选择性硫化及高效分选调控机制研究，查明了铁锌氧化物选择性硫化的反应历程，揭示了人造硫化锌矿晶粒长大调控机制，阐明了SO2的有效抑制机制和铁氧化物的影响机理，构建了人造硫化锌矿浮选基础理论。热力学计算和实验研究表明，铁锌氧化物选择性硫化是可行的，焙烧温度、硫化剂和还原剂用量都对铁锌氧化物选择硫化有重要影响。提高温度不仅可以促进硫化反应，而且有利于人造硫化锌矿晶粒长大，但是温度过高会导致能耗、硫化剂和还原剂用量增加。添加还原剂不仅能促进硫化反应，还能有效抑制SO2气体的产生。在硫化焙烧过程中，铁氧化物可以起到固硫和促进晶粒长大的作用。硫磺和黄铁矿硫化的原理是气体硫与锌氧化物反应，其遵循未反应核模型。人造硫化锌矿不仅包括立方晶型的闪锌矿，还有六方晶型的纤锌矿，提高焙烧温度还有利于闪锌矿转化为纤锌矿。硫化焙烧体系中形成的液相量越多，人造硫化锌矿的晶粒越大，其可浮性越强。添加碳酸钠、硫酸钠或氯化钠对人造硫化锌矿晶粒长大有显著的促进作用，其影响强弱顺序为：Na2CO3>Na2SO4>NaCl。第一性原理计算和实验研究表明，人造硫化锌矿与天然硫化锌矿与丁基黄药的作用方式均为化学吸附，人造纤锌矿与天然闪锌矿的表面氧化特性类似，但是人造闪锌矿的自身氧化更为强烈。人造纤锌矿和天然闪锌矿的可浮性远强于人造闪锌矿。铜离子活化后，人造纤锌矿和天然闪锌矿的浮选回收率可达95%以上，而人造闪锌矿的浮选回收率在50%以下。最终形成了铁锌氧化物选择性硫化与高效分选调控技术原型，为难处理含锌固废和低品位氧化矿的高效清洁利用提供技术支撑，具有重要的科学意义和应用价值。