濕法煉鋅凈化工藝的選擇

濕法煉鋅凈化工藝的選擇廣西來賓冶煉廠鋅冶煉系統(tǒng)年產(chǎn)電鋅3萬t,為傳統(tǒng)的濕法工藝流程，即:鋅精礦-沸騰焙燒-焙砂硫酸浸出*浸出液凈化一凈化液電積一電鋅。2002年3月開始技術(shù)改造擴(kuò)建工程，使得電鋅產(chǎn)量達(dá)到了年產(chǎn)6萬t,在技術(shù)改造過程中，最關(guān)鍵的凈化工藝擬采用三段連續(xù)凈化取代改造前的兩段間斷凈化。因此，該工藝在生產(chǎn)中無論在設(shè)備上裝置上還是在工藝操作中都引入了許多先進(jìn)高效和適用的技術(shù),有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高產(chǎn)率并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。1凈化過程基本原理1.1凈化方法凈化過程是根據(jù)硫酸鋅浸出液中不同的雜質(zhì)及其含量，大多采用鋅粉置換和加特殊試劑化學(xué)沉淀的方法將溶液中雜質(zhì)除去。工廠根據(jù)鋅焙砂中性浸出上清液的特點(diǎn)，選擇采用加鋅粉置換的逆度帚凈化方法。1.2置換原理置換是一種氧化還原反應(yīng)，置換的熱力學(xué)過程可用金屬活潑性的大小或電子得失的難易等來定性描述，中性浸出上清液鋅粉置換反應(yīng)為：MeSO+Zn=Z11SO4+MeI中極反應(yīng)E° E平衡中極反應(yīng)E° E平衡 Zn2*+2e=Zn■0.763-0.752(150g/L)Cd2*+2e=Cd-0.403-0.752(2xl0-7mg/L)Cu2++2e=Cu+0.337-0.752(3.18x10-35mg/L)Co2++2e=Co-0.227-0.752(5xIQ-12mg/L)Ni2++2e=Ni-0.250-0.752(1.5x10-17mg/L)SbH3=Sb+3H++3e+0.510+0600+0.752(pH=4,Pgb%=202.65AsH3=As+3H*+^752(!H=4,PA1h3=202.65表1置換過程中金屬的平衡電位(298K)V置換的動(dòng)力學(xué)過程的反應(yīng)機(jī)理:加入的鋅粉作為微電池的陽極溶入液相,在那里發(fā)生水化作用，繼而向溶液深處擴(kuò)散并參與溶液的對流運(yùn)動(dòng)。2三段連續(xù)凈化工藝2.1一段鋅粉置換除銅鎘一段凈化過程為鋅粉置換除銅和鎘，操作溫度在40?50Y,機(jī)械攪拌,反應(yīng)原理為：Zn+C11SO4=Z11SO4+Cu寸Zn+CdSOq=Z11SO4+Cd1由表1可知，在理論上加鋅粉置換除Cu、Cd是可行的。但在實(shí)際生產(chǎn)中,一段除Cu、Cd后,置換下來的Cd會(huì)有復(fù)溶現(xiàn)象產(chǎn)生，引起復(fù)溶的主要原因一般認(rèn)為有兩個(gè):其一是化學(xué)溶解，置換下來的金屬與溶解在溶液中的空氣接觸，導(dǎo)致了鎘的氧化溶解，且溫度越高氧化溶解的速度越快，主要化學(xué)反應(yīng)是：2Cd+02=2CdOCdO+H2SO4=CdSO+H0其二是電化學(xué)溶解，溶液中具有比鎘電極電位更正的金屬離子（如Cu、Fe）導(dǎo)致鎘的電化學(xué)溶解，其主要反應(yīng)是：Cd+Cu2+=Cd2++CuCd+2Fe3+=Cd2++2Fe2+另外，在生產(chǎn)實(shí)踐中,有的廠家在除Cu、Cd過程中，需加入適當(dāng)?shù)腃uS04，這是為了強(qiáng)化鋅粉對鎘的置換作用，當(dāng)溶液中[Cu2+]：[Cd2+]=l：3時(shí)，除鎘的效果最佳，經(jīng)過一段凈化除Cu、Cd后，新液的銅鎘含量基本可以達(dá)到電解的要求。2.2二段鋪鹽高溫除碑、鋒、鉆除銅鎘后的一段凈化液含有碑、鐘、鉆等，需要進(jìn)一步處理除雜，即將溶液溫度升至80-90加鐐鹽（鋅粉活化劑Sb2（）3），機(jī)械攪拌，反應(yīng)原理為：As+3H++3e=AsHfSb+3H++3e=SbHfZn+Co2+=Zm++CoI由表1同樣可知，在理論上加鋅粉置換除As、Sj是可行的,但在除Co時(shí)，有文獻(xiàn)表明，因?yàn)镃o屬于過渡元素中的鐵元素，它在溶液中析出時(shí)有超電壓現(xiàn)象發(fā)生,而且溫度越低，相應(yīng)的析出超電壓越大；同時(shí)，在pH=5~5.4的中性溶液中，氫在鉆上的析出電位約為-0.5-0.6V,由于I碇IvI磚I,將使C°2,置換無法進(jìn)行;當(dāng)加入鋅粉時(shí)，置換反應(yīng)發(fā)生在鋅和氫之間，即鋅粉進(jìn)行簡單的溶解。因而，要使置換除鉆正常進(jìn)行就需要加入特殊的試劑SbzCh，當(dāng)加入Sb2O3禪鹽時(shí)鋅粉將更正的啟帚離子置換出來,此時(shí)啟帚與鉆之間形成一系列金屬化合物如CoSb.CoSbz等。由于氫在鎊上的超電壓較高，從而抑制了氫離子放電，這些金屬化合物與鋅粉顆粒組成微電池，鉆將得到電子而析出。溫度和離子濃度對Ezn和Ec?的影響列于表2。由表2可知，隨著溫度的升高,IEl和IEsI都減少，且IE/I減少的比例遠(yuǎn)大于lEz」減少的比例，使lEznl與lEcJ的差值隨血的升高而增大，有利于鋅粉除C。，所以應(yīng)該保持高溫。另外，隨離子濃度的降低IEznI與IEcoI的值都增加,所以當(dāng)中上清中的鋅離子愈高，而要達(dá)到深度凈化除鉆，這個(gè)過程就會(huì)愈難進(jìn)行。因此，綜合溶液的溫度、離子濃度和形成微電池的陰極金屬對析出電位的影響，除Co必須在高溫（80Y以上）和添加鋅粉活化劑的反應(yīng)過程中,才能使溶液達(dá)到深度凈化。表2溫度和離子濃度對Ezn和E&的影響電極離子濃度-/g'L-iE/N―25r 50r―75Y *g2.9-0.769-0.750-0.730Zn/Zn1.53-0.800-0.780-0.7470.5-0.510-0.420-0.346Co2*/Co3.4x-0.75—0.58~-0.45-IO4以上-0.52-0.402.3三段適溫除殘鎘經(jīng)過一段和二段凈化后,溶液中Cu、Cd、As、Sb、Co已經(jīng)基本達(dá)到新液的要求，但為了進(jìn)一步消除鎘對新液質(zhì)量的影響，第三段可以采取適溫加鋅粉除復(fù)溶鎘，反應(yīng)原理為：Zn+CdS（）4=Z11SO4+CdI3來賓冶煉廠工藝

來賓冶煉廠中上清含量情況列于表30表:3中上清含量金屬離子[Z2]/ LT[C 2t]/L [Cd2*]/L'1 [A 3」J/L [Sb3t]/L [C 2+l/ L'1 [F 3*]/L-?含量3.2新液要求130150 500~600 600-800 1.0-1.0 0.4~1?0 1.0-2?s 3.s-1s表4 來賓冶煉廠對新液的要求情況列于表40新液要求金屬離子[Zn2+]/g?L-】 [Cu2*J/mgM[C/r/mgl-l [A/*]/mg?L-'[Sb，=]/mg>LA[Coi+J/mg-fi[Fe3*]/mg-L-i ―含量 130150 《02 W0.8 WO8 wOOS WO H0 3.3工藝流程工廠工藝流程圖如圖3.3工藝流程工廠工藝流程圖如圖1所示。4結(jié)束語1.目前來賓冶煉廠對采用三段連續(xù)凈化工藝巳經(jīng)明確，但對各段的工藝控制條件仍有所選擇，即在米用低-高-中還是高-中-低的問題，最后經(jīng)過反復(fù)論證和借鑒國內(nèi)外成熟廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，決定采用低-高-中的三段凈化工藝。2.采用低-高-中的三段凈化方法就是逆信鹽凈化方法:即第一段是低溫，第二段是高溫,第三段是適溫。該工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要加銅，在第中上清液 Zn粉「萄瞬畔蔚J列%03、Zn粉母液~凈＜"t=-A=r-co）I二段高AEmCO、As、sT~l1（成收Co） J「三段 I壓混I 1稱Mt 一冷沐部.做 —.凈渣~~（AST?@iRCd）I費(fèi)冷血冷卻I送電解圖1工藝流程圖一段中已除去鎘，減少了鎘進(jìn)入鉆渣量鎘的回收率較其他凈化方法高可達(dá)60%以上；（2）銅、鎘除去后，加度帚除鉆的效果更好，含鉆量高達(dá)15-20tng/L時(shí)也能達(dá)到好的凈化效果；（3）凈化中產(chǎn)生的SbH容易分解,產(chǎn)生劇毒氣體的危害性較小，勞動(dòng)條件大為改善；（4）啟帚的活性大,添加劑消耗少,可以降低生產(chǎn)成本。由于逆保鹽凈化方法具有上述優(yōu)點(diǎn)，故該法在濕法煉鋅廠得到廣泛應(yīng)用。其工藝過程是:第一段在50-60Y時(shí)加鋅粉除Cu、Cd,一般鋅粉的加入量是理論量的2倍，所產(chǎn)出的送綜合回收。一段凈化后的過濾溶液通過加熱升溫到85Y左右，加入鋅粉和禪活化劑除鉆、保等雜質(zhì)，過濾后的凈化渣用于回收金屬鉆。第三段凈化假如鋅粉除殘余的雜質(zhì)，得到含鋅較高的凈化渣返回一段除銅、鎘。采用該凈化方法凈化后溶液中的Cu、Cd、Co的含量都可以降到1mg/L以下，電鋅質(zhì)量明顯提高，能耗降低。3目前成熟采用低-高-中的工