基于垂直梯度冷凝的难选铁闪锌矿中ZnS与FeS高效选择性分离技术研究

针对铁闪锌矿(marmatite)中FeS与ZnS易形成混溶相导致传统方法利用率低的难题，研究人员创新性提出真空冶金垂直梯度冷凝技术，系统解析了1473 K/1 Pa条件下ZnS(71.042 g·cm?2·s?1)与FeS(2.77×10?3 g·cm?2·s?1)的挥发行为差异，实现ZnS柱状晶(3.31 μm)在L3-L7区段的高效富集，废渣量减少95.2%，为复杂锌资源清洁利用提供关键技术支撑。

　　

随着全球锌资源静态开采周期缩短至20年，高品位锌矿日益枯竭，含铁量超10%的铁闪锌矿(marmatite)成为重要接替资源。然而，由于FeS与ZnS晶体结构相似，在成矿过程中形成混溶相，传统选冶技术难以有效分离，导致锌冶炼过程产生大量含重金属废渣——每吨锌产品伴随0.96吨危险废物，对生态环境构成长期威胁。针对这一世界性难题，云南某冶炼企业联合研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表创新成果，开发出基于垂直梯度冷凝的真空冶金新工艺。

研究团队采用真空挥发-梯度冷凝技术路线，通过ICP-OES和XRD表征原料成分，建立热力学模型计算挥发速率，利用扫描电镜分析冷凝产物的微观形貌。实验系统考察了1273-1473 K温度区间、1-100 Pa压力条件下FeS/ZnS的相变行为。

Experimental raw materials
实验选用云南某冶炼厂提供的铁闪锌矿，经378 K干燥后粉碎至74 μm以下，通过四分法取样确保代表性。

Phase analysis of marmatite
ICP-OES显示样品含Zn(40.39%)、S(30%)、Fe(10.63%)，XRD证实存在(111)、(200)等晶面的闪锌矿特征峰，FeS以固溶体形式存在于ZnS晶格中。

Conclusion

1. 热力学计算表明，1473 K/1 Pa条件下ZnS与FeS最大挥发速率相差4个数量级，分别为71.042 g·cm^?2·s^?1和2.77×10^?3 g·cm^?2·s^?1，这是实现选择性分离的理论基础；
2. 在1273-1373 K区间，铁闪锌矿最大挥发率达95.2%，ZnS冷凝产物在冷凝器L3-L7区段形成平均宽度3.31 μm的柱状晶体，而FeS主要富集于L1-L2区并发生部分分解；
3. 该方法通过控制挥发-冷凝路径实现FeS/ZnS的空间分离，较传统工艺减少90%以上废渣产生。

该研究首次将真空梯度冷凝技术应用于复杂锌矿分离领域，突破混溶相难以物理分离的技术瓶颈。通过精准调控FeS/ZnS的挥发动力学差异，实现锌资源的源头减量与高值化利用，为有色金属行业"双碳"目标提供创新解决方案。研究获得国家重点研发计划(2022YFC2904203)支持，由Qingchun Yu、Zhentao Zhou等学者共同完成。