铁闪锌矿在我国分布广泛,是非常重要的含锌资源。然而,从含铁闪锌矿矿床中选矿得到的高铁锌精矿因杂质铁含量较高而得不到有效的利用,造成大量锌资源的闲置。每年,我国锌冶炼企业产出的锌浸出渣总量达数百万吨。但是,我国锌冶炼企业现行的锌浸出渣处理方法在有价金属的清洁、高效回收方面存在缺陷,工艺技术指标较差。因此,开发高铁锌精矿与锌浸出渣高效、清洁利用的新方法对扩大可供矿源,提高我国锌冶炼企业的生产水平,促进锌冶炼工业的可持续发展有重要意义。针对高铁锌精矿与锌浸出渣这两类难处理的含锌物料,本课题组开发了"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出—置换沉铜—萃取分离铟—赤铁矿沉铁"的工艺路线,实现了高铁锌精矿和锌浸出渣中有价金属锌、铟、铜的高效回收与杂质铁的资源化利用。在该工艺路线中,"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"环节是整个工艺路线的难点和关键点。本论文从酸性溶液中锌浸出渣和高铁锌精矿的物理化学特性及溶解行为入手,利用Fe3+/Fe2+与S0/S2-之间的氧化还原反应,抓住有价金属综合回收这个关键核心,对"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"这一新技术进行了详实的研究,具体开展的主要研究工作及研究成果如下:(1)采用多元素成分、化学物相、XRD、SEM-EDS等现代分析手段对本研究中使用的高铁锌精矿和锌浸出渣进行矿物学研究。高铁锌精矿中主金属锌含量较低,杂质铁含量较高,伴生有丰富的稀散金属铟。高铁锌精矿中锌主要以闪锌矿和铁闪锌矿形态存在,二者占总锌量的95%以上。锌浸出渣中杂质铁和金属铟含量较高,渣中锌元素主要以铁酸锌和硅酸锌形态存在,分别占总锌量的69%和15%。(2)从热力学角度研究了锌浸出渣、高铁锌精矿的溶解热力学趋势,为"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"工艺提供了理论依据。在硫酸溶液中,铁酸锌的溶解反应热力学趋势随体系中pH值和氧化还原电位的降低而变大;溶液中的Fe3+离子不仅会提高体系的氧化还原电位,而且会降低溶液中H+离子的活度系数,对铁酸锌的溶解有抑制作用。在硫酸-硫酸铁溶液中,闪锌矿既能与溶液中Fe3+离子直接发生氧化还原反应,又能与溶液中H+离子发生酸溶反应,且其反应热力学趋势随体系中pH值的降低、氧化还原电位的升高及闪锌矿晶格中杂质铁含量的升高而变大。在"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"体系中,锌浸出渣溶解释放的Fe3+离子为高铁锌精矿的溶解反应提供了氧化剂;高铁锌精矿对溶液中Fe3+离子的还原转化促进了锌浸出渣溶解反应的进一步进行。通过构建"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"体系,利用渣、矿之间的相互作用关系,能够同步实现了锌浸出渣、高铁锌精矿的溶解与溶液中Fe3+离子的还原。(3)以铁酸锌和闪锌矿单一矿物为研究对象,研究了协同浸出体系中铁酸锌与闪锌矿的溶解行为。研究结果表明:铁酸锌的溶解速率随反应温度、浸出剂浓度和混合物料中闪锌矿比例的升高及矿物颗粒粒度的降低而加快;闪锌矿的溶解速率随反应温度、浸出剂浓度和混合物料中铁酸锌比例的升高及矿物颗粒粒度的降低而加快。在铁酸锌-闪锌矿协同浸出体系中,铁酸锌溶解的表观速率常数与混合物料中闪锌矿比例的数学关系式如下:kr×10-2 =1.45×10-2×η+1.35×10-2在协同浸出体系中,混合物料中锌的浸出过程遵循"收缩核模型";在浸出反应前期,混合物料中锌的浸出速率受界面化学反应控制,其表观活化能为51.44kJ/mol,硫酸的表观反应级数为0.52;在浸出反应后期,混合物料中锌的浸出速率受产物层扩散控制。(4)研究了"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"体系中各实验因素对锌、铁浸出速率的影响。研究结果表明:在协同浸出体系中,混合物料中锌、铁的浸出动力学过程遵循"收缩核模型",在浸出反应前期,锌、铁浸出速率受界面化学反应控制,其表观活化能分别为55.11kJ/mol和43.42kJ/mol,硫酸的反应级数分别为1.14和1.12;在浸出反应后期,浸出渣中单质硫含量逐渐增多,并在矿物颗粒表面形成致密包裹,锌、铁浸出速率受产物层扩散控制。(5)对"锌浸出渣-高铁锌精矿协同浸出"进行了调控技术研究。研究结果表明:与热酸浸出相比,采用协同浸出工艺不仅能够显著提高原料中锌、铁、铟的浸出率,而且在浸出有价金属的同时实现了浸出液中Fe3+离子的还原。协同浸出渣的工艺矿物学研究表明:在协同浸出过程中,混合物料中的锌浸出渣基本完全溶解,而高铁锌精矿中仍然有少量硫化物未溶解而残留在浸出渣中,高铁锌精矿的溶解是制约协同浸出体系中有价金属浸出率高低的主要因素。在优化工艺条件下,通过两级逆流协同浸出,锌浸出渣-高铁锌精矿混合物料中锌、铟、铁、铜的浸出率分别达96%、96%、95%、97%以上,有价金属浸出率高;获得的浸出液中Fe3+离子、残余硫酸浓度低分别为3g/L左右、30g/L左右,为后续工艺从溶液中高效、短流程回收铟、铜等有价金属和锌、铁的分离及铁的资源化创造了有利条件。