過硫酸銨在濕法鋅冶煉系統中除錳的研究與應用

楊志鋒， 任 杰

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司， 內蒙古 巴彥淖爾 015543)

1 概述

巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司采用硫酸鋅溶液濕法煉鋅，選用MnO2做氧化劑除去硫酸鋅浸出液中Fe，將Mn2+留在系統中[1]。在正常的生產中，濕法系統中含Mn2+離子濃度為10～12 g/L，此時在電解過程中在陽極板上電極出致密的MnO2薄膜層，有效地起到保護陽極板的作用[2]，從而抑制陰極鋅含鉛超標。但有時候，因為一些技術操作及其他原因，導致Mn2+離子升高，對生產造成很大的影響。例如焙砂殘硫較高時，MnO2使用量大增，使系統的Mn2+離子濃度在短時間內升至20 g/L左右，電解時，產生大量的陽極泥，造成電解清槽工作量增大，剝離陽極泥會使陽極板受到損害，電解液含鉛升高，以至陰極鋅含鉛升高[3]。同時造成電耗增大，電流效率降低，與正常生產時相比，電流效率下降3%～4%，對生產造成了很壞的影響。因此，維持系統中Mn2+離子濃度在合適的范圍內，對現場生產具有重要的意義。

從幾種傳統的硫酸鋅溶液凈化除錳方法來看[4-5]：漂白粉和次氯酸鈉兩種氧化法會將Cl-離子帶入系統中，對設備危害較大；采用電解法在公司系統內實施較為困難，高錳酸鉀價格較貴；用過硫酸銨除錳時，加入的銨、鈉離子，可以作為沉礬的配位劑，不會引入對生產有害的雜質，而且過量的過硫酸銨在液體中分解放出氧氣，不會對凈化造成影響。所以，本文重點考察過硫酸銨對除錳的效果。

2 試驗部分

2.1 實驗原理和方法

1)實驗原理。過硫酸銨為強氧化劑，在中性溶液中，能將Mn2+離子氧化成MnO2沉淀。其反應方程式見式(1)～(3)。

(1)

(2)

2H2SO4+(NH4)2SO4

(3)

2)實驗方法。取中上清500 mL，加熱至一定溫度后，加入一定量的過硫酸銨反應，同時滴加碳酸鈉溶液來調節酸度，反應結束后過濾，測后液含錳離子濃度。

2.2 實驗數據與討論

通過實驗，分別考察反應時間、反應溫度和酸度等條件對除錳的影響。

2.2.1 反應時間對除錳的影響

反應溫度90 ℃，保持pH=5.2～5.4，過硫酸銨加入量120%，考察不同反應時間對除錳的影響，實驗數據見表1。

表1 應時間對除錳的影響 g/L

從表1可以看出，隨著反應時間的增加，溶液中錳離子逐漸下降，但大部分錳離子在1 h內已經沉淀。

2.2.2 反應溫度對除錳率的影響

保持pH=5.2～5.4，過硫酸銨加入量120%，反應時間3 h，考察不同反應溫度對除錳的影響，實驗數據見表2。

表2 反應溫度對除錳的影響 g/L

從表2可以看出，隨著溫度的升高，溶液中錳離子逐漸下降，因此除錳最佳溫度控制在90 ℃以上。

2.2.3 酸度對除錳的影響

反應溫度90 ℃，過硫酸銨加入量120%，反應3 h后，考察不同酸度對除錳的影響，實驗數據見表3。

表3 酸度對除錳的影響 g/L

從表3可以看出，保持pH=5.2～5.4，對溶液除錳有一定好處，與反應動力學原理相符合，后液含錳約降低一倍，但相差不是很大，為了對下一步的溶液凈化產生影響，應對pH值進行控制。

2.2.4 最優條件平行試驗

反應條件按照：反應溫度90 ℃，過硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應3 h后，進行壓濾分析，結果見表4。

表4 平行試驗 g/L

備注：序號1#～3#為平行試驗。

從表4可以看出，試驗除錳氯高達95%以上，效果比較理想。

2.3 中試擴大試驗

取中上清750 L，加入1 000 L反應槽中，按照小試最優條件：反應溫度90 ℃，過硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應3 h后，壓濾分析，結果見表5。

表5 中試除錳數據 g/L

注：序號1#～3#為平行試驗。

從表5發現，試驗除錳氯高達95%以上，效果比較理想。

2.4 工業化試驗

取中上清45 m3，加入50 m3反應槽中，按照小試最優條件：反應溫度90 ℃，過硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應3 h后，壓濾分析，其結果見表6。

表6 工業化除錳數據 g/L

注： 1#、2#為平行試驗。

從表6發現，試驗除錳氯高達96%以上，效果較為理想。

3 結論與建議

在采用硫酸鋅溶液濕法煉鋅工藝中，采用過硫酸銨在中上清中除錳可以取得很好的效果，最佳反應條件為：反應溫度90 ℃，過硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應3 h后，后液含錳可達0.45 g/L，除錳率達95%以上。

由于公司為20萬t/a電鋅濕法系統，總體積約有6萬m3，用此方法除錳，除錳時新增設備較大，成本較高，因此結合現場提出以下建議。

1)除去2萬m3液體中的錳離子，就可以使錳離子下降到理想濃度，但要注意與未除錳液混勻； 因為在1 h后，除錳后液即可降至3.03 g/L，大部分錳離子已經沉淀，建議反應時間縮短至1 h。

2)同時建議在焙砂殘硫偏高、二氧化錳使用量增加時，用過硫酸銨代替部分二氧化錳，有效避免系統錳離子急劇升高，對生產系統帶來的影響。