湿法炼锌净化工艺的选择_何静

MeSO 4+ Zn= ZnSO4+ Me 置换过程中金属的平衡电位如表 1 所示。
作者简介: 何 静( 1962- ) , 女, 副教授, 主要从事有色金属冶金科学 研究和教学工作。
表 1 置换过程中金属的平衡电位( 298 K) V
电极反应 Zn2+ + 2e= Zn
E0 - 0 763
E 平衡 - 0 752( 150 g/ L)
2 采用低- 高- 中的三段净化方法就是逆锑盐 净化方法: 即第一段是低温, 第二段是高温, 第三段 是 适温。该工艺有如下优点: ( 1) 不需要加铜, 在 第
第4期
何 静, 等: 湿法炼锌净化工艺的选择
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图 1 工艺流程图
一段中已除去镉, 减少了镉进入钴渣量, 镉的回收率 较其他净化方法 高, 可达 60% 以上; ( 2) 铜、镉除去 后, 加锑除钴的效果更好, 含钴量高达 15~ 20 mg/ L 时也能达到好的净化效果; ( 3) 净化中产生的 SbH 3 容易分解, 产生剧毒气体的危害性较小, 劳动条件大 为改善; ( 4) 锑的活性大, 添加剂消耗少, 可以降低生 产成本。由于逆锑盐净化方法具有上述优点, 故该 法在湿法炼锌厂得到广泛应用。其工艺过程是: 第 一段在 50~ 60 时加锌粉除 Cu、Cd, 一般锌粉的加 入 量是 理论量的 2倍, 所产出 的送综合 回收。一段
电极 Z n2+ / Zn Co2+ / Co
离子浓度 / g L- 1
29 1 53
05 34 10- 4
25
- 0 769 - 0 800
- 0 510 - 0 75
以上
E/ V 50 - 0 750 - 0 780
- 0 420 - 0 58~
- 0 52
75 - 0 730 - 0 747
- 0 346 - 0 45~
第 25 卷第 4 期
湖南有色金属
2009 年 8 月
HU NA N N ON FERROU S M ET AL S
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湿法炼锌净化工艺的选择
何 静, 傅永良, 吴胜男
( 中南大学冶金科学与工程学院, 湖南 长沙 410083)
摘 要: 广西来宾冶炼厂锌系统新液净化工艺在技改前采用两段间断 净化流程, 锌系统扩产 后将采 用三段 连续深度净化的工艺流程。在选定工艺流程时, 除最主要是满 足电解对新液的要求外, 还要 考虑净 化杂质的富集与综合回收, 以及锌粉等的能耗和环保 问题。 关键词 : 连续净化; 平衡电位; 复溶; 化学沉淀 中图分 类号: T F 111 3 文献标识码: A 文章编号: 1003- 5540( 2009) 04- 0035- 03
3 目前成熟采用低- 高- 中的工艺流程的厂家 有: 西北白银铅锌冶炼厂、株州冶炼厂二系统、比利 时巴比伦电锌厂等。
4 笔者偏向于采用低- 高- 中的逆锑净化工艺 流程, 首先该流程比较成熟, 其次, 低- 高- 中的逆 锑净化工艺有利于在第一阶段将杂质 Cu、Cd 基本置 换下来, 不会 存在添加 CuSO4 除 Cd 的问 题; 同时, Cu、Cd 杂质一次置换下来, 富集程度较高, 有利于综 合回收, 并且有利于 Co 渣的富集回收。
有色冶金, 2005, ( 1) : 22- 23
收稿日期: 2009- 03- 26
Review on Selection of the Purifying Process of Zinc Hydrometallurgy
HE Jing, FU Yong-liang, WU Sheng-nan
( School of Metall urgy Science and Engineer ing, Cent ral Sout h University , Changsha 410083, Chi na)
Cd2+ + 2e= Cd Cu2+ + 2e= Cu
- 0 403 + 0 337
- 0 752( 2 10- 7 m g/ L ) - 0 752( 3 18 10- 35 mg/ L)
C o2+ + 2e= Co
- 0 227
- 0 752( 5 10- 12 mg/ L)
Ni2+ + 2e= Ni SbH3= Sb+ 3H + + 3e AsH3= As+ 3H+ + 3e
2Cd+ O2= 2CdO
CdO + H2SO4= CdSO4+ H2O 其二是电化学溶解, 溶液中具有比镉电极电位更正
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湖南有色金属
第 25卷
的金属离子( 如 Cu、F e) 导致镉 的电化学溶解, 其主 组成微电池, 钴将得到电子而析出。
要反应是:
Cd+ Cu2+ = Cd2+ + Cu Cd+ 2Fe3+ = Cd2+ + 2F e2+
净化后的过滤溶液通过加热升温到 85 左右, 加入 锌粉和锑活化剂除钴、镍等杂质, 过滤后的净化渣用 于回收金属钴。第三段 净化假如 锌粉除残 余的杂 质, 得到含锌较高的净化渣返回一段除铜、镉。采用 该净化方法净化后溶液中的 Cu、Cd、Co 的含量都可 以降到 1 mg/ L 以下, 电锌质量明显提高, 能耗降低。
属, 2002, ( 1) : 1- 4 [ 5] 杨莲 电解锌厂锌净液 工艺设计 [ J] 工程 设计与研 究, 2006,
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1 0~ 2 5
3 5~ 15
3 2 新液要求
来宾冶炼厂对新液的要求情况列于表 4。 表 4 新液要求
金属离子 含量
[ Zn2+ ] / g L - 1 130~ 150
[ Cu2+ ] / mg L - 1 [ Cd2+ ] / mg L - 1 [ As3+ ] / mg L - 1 [ Sb3+ ] / mg L - 1 [ Co2+ ] / mg L - 1 [ F e3+ ] / mg L - 1
参考文献:
[ 1] 徐采栋, 林蓉, 王大成 锌 冶金物理 化学[ M ] 上海: 上海 科学 技术出版社, 1979
[ 2] 徐鑫坤, 魏旭 锌冶金学[ M ] 昆明: 云南科技出版社, 1994 [ 3] 周新海 株冶锌 系统净化 工序的技 术改造 [ J] 湖南有 色金
属, 2008, ( 6) : 19- 22 [ 4] 陈爱国 镉在湿法炼锌过程 中的分布 与控制 [ J] 湖南有 色金
பைடு நூலகம்
而向溶液深处扩散并参与溶液的对流运动。
2 三段连续净化工艺
2 1 一段锌粉置换除铜镉 一段净化过程为锌粉置换除铜和镉, 操作温度
在 40~ 50 , 机械搅拌, 反应原理为: Zn+ CuSO 4= ZnSO 4+ Cu
Zn+ CdSO 4= ZnSO 4+ Cd 由表 1 可知, 在理论上加锌粉置换除 Cu、Cd 是 可行的。但在实际生产中, 一段除 Cu、Cd 后, 置换下 来的 Cd 会有复溶现象产生, 引起复溶的主要原因一 般认为有两个: 其一是化学溶解, 置换下来的金属与 溶解在溶液中的空气接触, 导致了镉的氧化溶解, 且 温度越高氧化溶解的速度越快, 主要化学反应是:
由表 2 可知, 随着温度的升高, | E Zn | 和| E Co| 都减
少, 且|
E
2+ Co
|
减少的比例远大于|
E Zn |
减少的比例,
使| E Zn| 与| E Co| 的差值随温度的升高而增大, 有利
于锌粉除 Co, 所以应该保 持高温。另外, 随离子浓
度的降低| E Zn| 与| E Co| 的值都增加, 所以当中上清 中的锌离子愈高, 而要达到深度净化除钴, 这个过程
含量基本可以达到电解的要求。
就会愈难进行。因此, 综合溶液的温度、离子浓度和
2 2 二段锑盐高温除砷、锑、钴
形成微电池的阴极金属对析出电位的影响, 除 Co 必
除铜镉后的 一段净化液含有砷、锑、钴等, 需要 须在高温( 80 以上) 和添加锌粉活化剂的反应过
进一步处理除杂, 即将溶液温度升至 80~ 90 , 加 程中, 才能使溶液达到深度净化。
1 净化过程基本原理
1 1 净化方法 净化过程是根据硫酸锌浸出液中不同的杂质及
其含量, 大多采用锌粉置换和加特殊试剂化学沉淀 的方法将溶液中杂质除去。工厂根据锌焙砂中性浸 出上清液的特点, 选择采用加锌粉置换的逆锑净化 方法。 1 2 置换原理
置换是一种氧化还原反应, 置换的热力学过程 可用金属活泼性的大小或电子得失的难易等来定性 描述, 中性浸出上清液锌粉置换反应为:
置换出来, 此时锑与钴之间形成一系列金属化合物, 如 CoSb, CoSb2 等。由于氢在锑上的超电压较高, 从 而抑制了氢离子放电, 这些金属化合物与锌粉颗粒
3 来宾冶炼厂工艺
3 1 中上清含量 来宾冶炼厂中上清含量情况列于表 3。
表 3 中上清含量
金属离子 含量
[ Zn2+ ] / g L - 1 130~ 150
- 0 250 + 0 510 + 0 600
- 0 752( 1 5 10- 17 mg / L) + 0 752( pH = 4, P SbH3= 202 65 Pa) + 0 752( pH= 4, PAsH3 = 202 65 Pa)