硫酸渣的综合利用

银家沟硫铁矿为中原地区惟一大型多金属硫化矿床，硫铁矿储量4880.9万吨，并伴生有金、银、铜、铁等多种有益组分。硫铁矿是重要的化工原料矿产之一，是制作硫酸、硫磺的主要原料。而硫酸是化肥生产的主要原料，为此，开发硫铁矿资源对发展矿业循环经济，促进地区经济发展有重大意义。

一、背景分析

矿产资源是人类赖以生存和发展的重要基础原料。随着科学技术的不断进步和工业生产的持续发展，人类对矿产资源种类和数量的需求也必将日益增加。但矿产资源又是一种不可再生的资源，随着矿产资源的日益减少、环保要求的日渐严格，有价矿产资源的综合回收与利用即资源的循环利用就显得越来越重要，此方面的技术研究也备受世界各国政府与矿山企业的重视。

灵宝市金源矿业有限责任公司下辖的银家沟矿区是河南省惟一大型多金属硫铁矿床，共探明硫铁矿表内储量4880.9 万吨，探明伴生矿产种类及储量为：铜金属量122434 吨，金金属量2027 千克，银金属量33515 千克，与硫铁矿共生的矿产还有钼、铅、锌等，可利用硫铁矿资源较为丰富。

硫铁化工综合项目每年将产生 20.0 万吨的硫酸渣，渣中含铜（1.11%）、金（0.49克/吨）、银（43 克/吨）、铁（＞60%）等有益组分，若不回收利用，将造成资源的极大浪费和环境的污染，地质部陕西地勘局堆浸中心对硫酸渣的综合回收做了大量试验，获得了较好的技术指标：铜浸出率 92.55%，置换率为 99.82%，锌浸出率 80.15%，金浸出率90.93%，银浸出率67.66%，且研究并提出了适宜该类型多金属硫化矿综合回收的选别工艺流程。该项目旨在通过焙烧—浸出等工艺方法，对硫铁矿焙烧渣中的金、银、铜、铁进行综合回收，实现资源利用的无废化，具有良好的经济效益和社会效益。

二、需求分析

（一）市场分析与社会需求

2002年底以来，黄金价格已经上涨了将近20%。在金价上涨之后，白银不断被投资投机者追捧，价格不断上涨。另一方面，随着经济的发展，白银制造产品的需求不断增加，据国外媒体报道，2003 年全球制造业对白银的需求量已上升到24358 吨，同时，白银的市场价格也平均上涨36%。随着国民经济的不断发展，首饰、银合金等领域对白银的稳定需求，将为国内白银市场的不断繁荣提供支持，白银工业发展空间广阔。

2004年国内铜价格水平同比上涨25%以上，2004 年世界平均铜价超过了1.3美元/磅，同比上涨了60%，到了1995 年以来的最高水平，主要由于铜需求量的增加和铜库存量的减少相关所致。另外，美元的大幅度贬值对铜价上扬起到助推作用，推动其价格不断上涨，分析人士指出，根据铜价出现的震荡上升趋势，铜价格仍将延续上涨行情。

随着国民经济的需求持续增长，钢铁产品需求持续高速增长，价格一路攀升，2004 年我国钢产量达到2.72 亿吨，占全球钢产量10.5 亿吨的25.8%，钢、铁产量的增长速度分别达21.24%和22.53%，作为钢铁产品主要原料的铁矿石，成为最热门的产品。进口依存度从1991 年的16%猛升到2004年的42%，预计2005年还需进口铁矿石2.43 亿吨。引起进口铁矿石价格上扬71.5%，因此，最近，国务院决定利用有利条件，大力发展国内铁矿石产量，拉动国民经济持续、稳定的发展。

综上所述，金、银、铜、铁的市场前景广阔，产品畅销。

（二）生态改善

硫铁化工项目每年将产生大量的硫酸渣，这些硫酸渣若不及时综合利用，不仅堆存需要占用大量的场地，对当地的空气、水体都会造成污染。通过此项目，对硫酸渣进行综合回收，可实现资源的无废化，改善生态环境，提高企业经济效益，推动当地经济发展。

（三）经济发展

硫酸生产线及综合回收铜、金、银、铁投产后，即形成了采选、制酸、烧渣综合回收、磷肥生产为一体的产业链，年平均销售收入8354.64 万元，年均利润总额4746.91万元，年均上缴所得税1566.48万元，年均税后利润3180.43万元。投资利润率83.81%，投资利税率103.02%。税后全部投资内部收益率65.09%，投资回收期2.6 年（含建设期1 年），财务净现值6247.88万元（基准收益率20%）。这对充分利用资源优势、经济优势和人才优势，提高经济效益，促进地区经济发展有重大意义。

三、方案设计

为了达到充分、合理、有效、环保、循环利用硫铁矿资源，工程的各个环节工艺流程分别优先如下：

（一）选矿部分

破碎流程为二段一闭路流程。磨矿浮选分为两个系列。选铜系列采用混合浮选流程，将含铜大于0.2%的矿石磨至-200 目占65%，进行混合浮选，选出的铜硫精矿再经第二段磨矿分级后一粗一扫二精，实现铜硫分离。不选铜系列将含铜小于0.2%的矿石经一次磨矿磨至-200 目占65%，再经一粗一精一扫浮选流程后得到硫精矿。

（二）硫铁化工

硫铁矿经富集成为含硫47%的硫精矿，经沸腾焙烧、酸洗净化、两转两吸（Ⅲ+Ⅱ）工艺制取98%的工业硫酸，作为磷铵原料，磷铵采取半水萃取、氨化喷浆造粒工艺。

（三）提铜工艺

铜精矿进入酸化焙烧炉进行焙烧，烧渣进入酸浸槽，经两段酸浸进入洗涤浓密机，经三次洗涤，浓密机溢流送到板框压滤机进一步净化进入萃取槽，铜液经萃取富集后，负载有机相经反萃进入电解槽，经电解沉积生产电解铜外售，再生有机相返回萃取槽，萃余液用石灰中和达标排放，废电解液返回反萃槽循环使用。浓密机底流即浸渣经脱水后进入调浆槽，用石灰调浆后进入氰化槽，贵液经锌粉置还后进行金、银冶炼分离，得金、银外售，氰化渣经洗涤、脱水后，外售做水泥原料。此流程中，铜、金的作业回收率90%以上，银回收率70%以上。

（四）余热发电流程

硫精粉在沸腾炉内950℃自燃，热量进入余热锅炉，再经汽轮机带动发电机进行发电，经近一年的正常运转，每吨硫精矿可发电200度，平均月发电160万度，自供满足生产外，余量可上网出售。

（五）球团工艺流程

硫酸铁渣、铁精粉、膨胀土按一定比例进行配料，然后进入链蓖机混匀烘干，再进入回转室在1200℃温度下焙烧，成团盘制球冷却。

硫铁矿多金属回收项目是在原生产系统上的技改项目，利用硫铁矿优先选铜，铜精矿湿法冶炼工艺流程，投资少，经济效益、社会效益、环境效益显著，该项目完成后，金源晨光化工有限责任公司的矿石资源得到充分利用，产品结构更加合理，抗风险能力进一步加强。

从烧渣中回收的金、银、铜、铁等有用组分，通过前面介绍的市场分析和社会需求可以看出，产品极具市场竞争力。灵宝市电量充足，硫酸厂有余热发电，电量可完全满足该项目的生产生活发电。

四、效益分析

该研究旨在对硫铁矿多金属资源进行综合回收，实现资源的无废化，符合国家提倡的全面协调提高矿产资源可持续发展能力，开发与节约使用资源，保护资源，提高资源利用效率和保护环境的产业政策，对区域经济的发展必将产生明显的作用。

该项目研究未实施前，销售硫铁矿（原矿）含硫32%～34%，销售价160元/吨，铁、铜等有价元素未回收利用，造成资源的浪费。该项目研究采用优先选铜流程，得5%～8%铜精矿，回收率60%～70%，选铜原矿进入提升搅拌槽用硫酸调浆，经一粗一精一扫浮选得硫品位47%的硫精矿，硫回收率90%。

（1）产品销售收入：15114万元

电解铜：840吨×6.5万元/吨=5460万元

金：30千克×12万元/千克=360万元

银：700千克×1200元/千克=84万元

硫酸：13万吨×250元/吨=3250万元

硫酸烧渣：7万吨×400元/吨=2800万元

余热发电：2000万度×0.58元/度=1160万元

铁精粉：8万吨×250元/吨=2000万元

（2）成本费用：8048万元

采矿费用：75元/吨×20万吨=1500万元

选矿费用：60元/吨×20万吨=1200万元

制酸和发电：300元/吨×10万吨=3000万元

湿法冶炼：7000元/吨×840吨=588万元

铁精粉：8万吨×220元/吨=1760万元

（3）利税：7066万元

（4）税金：7066×17%=1201.2万元

五、结论

硫酸渣不是废物，而是一种有价值的二次资源，从中可回收有色金属和贵金属，含量丰富的铁更是有利用价值，可直接作为炼铁原料，基本做到了无废生产。硫酸渣的综合利用循环经济模式的发展，既有经济效益，又有社会效益，符合国家的资源政策，利国利民，应用前景广阔。

硫酸渣是硫酸生产过程中的遗留物，硫酸有两种方法生产，其中用“硫磺”和“硫铁矿”生产硫酸，会产生“硫酸渣”。

因为硫酸是属于“第三类非药品类易制毒品”，所以硫酸的经营纳入了由公安机关管理的范围，但还不是“禁用物品”，那“硫酸渣”当然也不是“禁用物品”了，但是也要到当地的“安全监督局”备案。

化工废渣的一种，用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为Fe2O3：20-50%，SiO2：15-65%，Al2O3：10%，CaO：5%，MgO<5%，S：1-2%，一般还含有Cu、Co等。其化学成分不同利用途径也有所不同，高铁硫酸渣最有效的利用是作为炼铁原料，硫酸渣则可用作水泥原料、制砖材料等。目前某些国家已做到全部利用，我国利用量只有50%左右。Fe2O3：20-50%，SiO2：15-65%，Al2O3：10%，CaO：5%，MgO<5%，S：1-2%气量的各有不同所含的物理量也会变化，不一定是固定值。

（1）D（ 2分 ）   （2）空气（2分） 原料来源容易，成本低，不产生污染，不引入杂质。（2分，答其中两点即可） （3）溶液温度控制在80℃（1分），pH控制在1.5（1分），氧化时间为4小时左右（1分） （4）3Fe 2 (SO 4 ) 3 ＋ 2NH 3 ·H 2 O ＋ 10 H 2 O ＝ (NH 4 ) 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 ↓+5H 2 SO 4  （3分） （5）取少量滤液于试管中，向试管中加入足量的浓氢氧化钠溶液，加热。用湿润的红色石蕊试纸放在试管口处，红色石蕊试纸变蓝色，说明滤液中含有NH 4 + 。

略

硫酸渣是制造硫酸使排出的一种工业废渣，有酸性，有腐蚀性，会污染环境，现多用于回收炼制水泥等。

硫酸渣又称黄铁矿烘渣或烧渣。化工废渣的一种，用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的废渣。

硫酸渣依化学成分不同，有十多种用途。主要可用作：

①　水泥原料：高铁硫酸渣（含Fe2O345%）,可代替铁粉，用作水泥生料配料，起调节水泥烧成温度、保证铁酸盐成分和调节水泥凝结时间的作用。这项技术已广泛应用。低铁硫酸渣（含SiO250%以上）成分与烧粘土相似，为火山灰质材料。水淬后成黑色颗粒，具有水硬活性，可作硅酸盐水泥的混合材料，配制普通硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。

②　炼铁原料：用高铁硫酸渣炼铁是最有效的利用。中国许多钢铁厂常以5～10%硫酸渣代替铁矿粉,用于炼铁。通过选矿，将硫酸渣的铁含量提高到50%以上，硫含量降低到1%以下，可直接制成球团矿或烧结矿,送入小高炉炼铁。

Ⅰ．根据硫酸渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO，当向硫酸渣中加过量盐酸时，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体A是二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化镁和盐酸反应，所以溶液B的溶质是氯化镁、氯化铁、氯化铝、盐酸（过量）；向溶液B中加试剂①并调节溶液的pH值为3.7，结合题意溶液pH=3.7时Fe3+已经沉淀完全知，试剂①是能和氯化铁反应生成沉淀的物质且和铝离子反应没有沉淀生成，所以试剂①只能是强碱溶液，固体C是氢氧化铁；向溶液D中加入试剂①并调节溶液的pH值为13，溶液呈强碱性溶液，铝元素在溶液中以偏铝酸根离子存在，镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，所以固体E是氢氧化镁；溶液F的溶质含有偏铝酸钠和氯化钠，向F溶液中通入过量二氧化碳气体，偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，所以G是氢氧化铝，

（1）固体A是二氧化硅，可用于制光导纤维、制玻璃、制纯硅、制工艺品等，

故答案为：制光导纤维、制玻璃、制纯硅、制工艺品等；

（2）试剂①能溶解氢氧化铝，应为强碱，只有氢氧化钠符合，故答案为：a；

（3）因PH值精确到小数点后一位，而石蕊试液测得的PH值在一个范围内，广泛pH试纸测得的PH值是一个整数，精密pH试纸、pH计均可准确到小数点后一位，

故答案为：cd；

（4）因溶液的PH值为13，c（OH-）=10-1mol?L-1，Ksp=c（Mg2+）×c2（OH-）=c（Mg2+）×10-2=1.8×10-11，所以c（Mg2+）=1.8×10-9 mol?L-1，溶液H中的溶质为NaCl、NaHCO3，

故答案为：1.8×10-9 mol?L-1；NaCl、NaHCO3；

Ⅱ．（1）因KMnO4标准溶液本身就是一种指示剂，滴入最后一滴溶液变为紫色，且半分钟内颜色不变，可说明达到滴定终点，

故答案为：滴下最后一滴KMnO4标准溶液时，溶液颜色变为紫红色，且在半分钟内不褪色；

（2）利用关系式法计算：

5Fe2+～～～～MnO4-

2×10-5mol 1.000×10-2mol?L-1×0.01L×4，

铁元素的质量为：2×10-3mol×56g/mol=1.12×10-1g，

铁元素的质量分数为

1.12×10?1g

2.000g

×100%=5.6%，

故答案为：5.6%．