濕法煉鋅幾種除鈷凈化工藝生產(chǎn)實踐

鄔 飛

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543)

鋅焙燒礦經(jīng)過中性浸出所得的硫酸鋅溶液含有許多雜質(zhì)，其中有較鋅正電位的雜質(zhì)Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、Fe 等。這些雜質(zhì)在鋅電解沉積過程中極為有害，易導(dǎo)致降低電流效率、增加電解能耗、影響析出鋅質(zhì)量、腐蝕陰極造成剝鋅困難等問題。因此，在電解前必須對溶液進行凈化，把有害雜質(zhì)去除到允許含量。

近年來，巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司(以下簡稱“巴紫鋅業(yè)”)采用的原料特點為鐵高、鈷高、硫高、鋅低，產(chǎn)出的中浸上清液含鈷高達50～100 mg/L。為控制成本，探索合適的凈化工藝，巴紫鋅業(yè)對銻鹽、β-萘酚、新藥劑除鈷工藝進行了實踐。本文對這三種各工藝生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)進行了整理和分析，以期為同類企業(yè)提供參考。

1 凈化原理

1.1 鋅粉除Co 原理

向硫酸鋅溶液中添加鋅粉可置換除去Cu、Cd、Co、Ni 等雜質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)見式(1)～(4)。

1.2 銻鹽除Co 原理

銻鹽除Co 是基于電化學(xué)即微電池作用除Co，首先生成Co—Sb 中間化合物，高溫下，Co2+在這種中間化合物上的析出電位明顯變正，Co—Sb 中間化合物作為微電池的陰極，使得Co2+在此析出?；瘜W(xué)反應(yīng)見式(5)。

1.3 β-萘酚除Co 原理

β-萘酚為灰白色或粉紅色薄片，有苯酚氣味，溶點123 ℃，既溶于乙醚、乙醇、二甲苯等有機試劑，也可溶于氫氧化鈉的水溶液中，形成可溶性的鈉鹽(式(6))。β-萘酚制劑沉Co 總反應(yīng)方程見式(7)。

1.4 新型藥劑除Co 原理

新型除鈷藥劑主要成分為C3H6NS2Na·2H2O，在添加氧化劑將二價Co 氧化成三價Co 的條件下，能與硫酸鋅溶液中的Co 離子生成沉積，將溶液中的Co 除至要求標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

2 銻鹽除Co 凈化工藝生產(chǎn)實踐

2.1 工藝流程

凈化工序采用三段凈化工藝，第一段凈化加鋅粉、銻鹽、硫酸鉛除Cu、Cd 及部分Co，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第二段凈化工序。第二段加鋅粉、銻鹽、硫酸鉛、硫酸銅除Co，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第三段凈化工序。第三段加鋅粉除殘Cd，通過壓濾機進行液固分離，合格液體送至電解工序，渣送至綜合回收工序。詳細工藝流程見圖1。

圖1 銻鹽除Co 凈化工藝流程圖

2.2 銻鹽除鈷工藝凈化操作條件

銻鹽除鈷凈化工藝操作工藝參數(shù)見表1。

表1 銻鹽除鈷凈化工藝操作參數(shù)

2.3 問題及措施

銻鹽除鈷凈化工藝在生產(chǎn)實踐中存在除Co困難、系統(tǒng)樣不穩(wěn)定、生產(chǎn)不順暢等問題。措施：①中上清液Co 含量＜45 mg/L 時，一凈反應(yīng)槽溫度控制在70～80 ℃，中上清液Co 含量≥45 mg/L時，一凈1#反應(yīng)槽溫度控制在80～85 ℃；②檢查各段凈化溫度，以及鋅粉、銻鹽是否加入足量，如不符合工藝要求，要及時調(diào)整；③添加鉛鹽，減緩鈷的復(fù)溶。

2.4 生產(chǎn)實踐小結(jié)

硫酸鋅溶液Co 含量較高時，采用銻鹽除鈷工藝，在生產(chǎn)實際過程中凈化系統(tǒng)Co 波動頻繁，除Co不穩(wěn)定，開停車頻繁，鋅粉用量加大，且現(xiàn)場操作難度大。銻鹽除Co 工藝適用于Co 含量較低的硫酸鋅溶液。

3 萘酚除鈷凈化工藝

3.1 工藝流程

凈化工序采用四段凈化工藝，第一段凈化加鋅粉除Cu、Cd，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第二段凈化工序。第二段凈化添加配置藥劑除Co，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第三段凈化工序。第三段凈化工序添加活性炭去除殘留的除鈷藥劑(有機物)，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第四段凈化工序。第四段凈化添加鋅粉去除殘Cd，通過壓濾機進行液固分離，合格液體送至電解工序，渣送至綜合回收工序。詳細工藝流程見圖2。

圖2 萘酚除Co 凈化工藝流程圖

3.2 萘酚除鈷凈化工藝操作條件

萘酚除鈷凈化工藝操作參數(shù)見表2。

表2 萘酚除鈷凈化工藝操作參數(shù)

3.3 問題及措施

1)受原料變化，中上清液含Ni 高達80～150 mg/L，系統(tǒng)除Ni 困難，新液含Ni 超標(biāo)。措施：①一段凈化增加鋅粉用量，并提高反應(yīng)溫度至85 ℃，并按照4～8 g/m3加入銻鹽協(xié)助除Ni，將一次后液Ni 含量控制在10 mg/L 以下；②四段凈化將吹制鋅粉更換為活性較高的電爐鋅粉，保證新液含Ni達到1.5 mg/L 以下；③開啟中上清液過濾，可有效降低Fe 含量，提高鋅粉除雜效果；④在三段凈化槽添加活性炭同時添加1.0～1.5 kg/m3電爐鋅粉除Ni。

2)系統(tǒng)除Co 困難。措施：①檢測一次后液Fe含量，如Fe 含量在25 mg/L 以上，需提高亞硝酸鈉使用量，按照大于萘酚加入量的0.8 倍加入；②開啟中上清液過濾，可有效降低Fe 含量，如中上清液過濾全部開啟，一次后液含F(xiàn)e 仍高，需聯(lián)系浸出工序控制Fe2+含量；③檢測除Co 系統(tǒng)pH 值，將pH 保持在3.8～4.4；④將一次后液Cd 含量控制在80 mg/L以下。

3)四段凈化除Cd 困難，新液含Cd 超標(biāo)。措施：①檢測反應(yīng)槽內(nèi)液體Cd 含量，如反應(yīng)槽內(nèi)除Cd困難，立即檢測鋅粉情況，并使用粒度較細、反應(yīng)速度較快的電爐鋅粉；②檢查壓濾機是否存在“跑渾”現(xiàn)象并及時處理，及時卸渣防止Cd 復(fù)溶，一般卸渣時間為1.5 h 左右，不超過2 h。

4)一段凈化Cd 復(fù)溶嚴(yán)重，一次后液含Cd 超標(biāo)。措施：①一段尾槽使用粒度相對較粗的吹制鋅粉，可有效抑制Cd 復(fù)溶，在同等工況條件下，通過現(xiàn)場試驗對比發(fā)現(xiàn)，相比使用電爐鋅粉，一次后液含Cd 下降37 mg/L；②根據(jù)現(xiàn)場實際情況，除Cd 時間約為1.2 h，如生產(chǎn)流量較小，尾槽應(yīng)適當(dāng)增加鋅粉使用量。

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，采取了監(jiān)控鋅粉及輔料質(zhì)量措施，具體要求：①吹制鋅粉重點關(guān)注指標(biāo)要求Zn總≥95%，Zn可溶≥92%；粒度+ 80 目＜10%，-100 目～+300 目＞85%；比重3.0～3.5 g/mL；②電爐鋅粉重點關(guān)注指標(biāo)要求Zn總≥93%Zn可溶≥90%；粒度+80 目＜1%，-300 目＞85% ；比重要求2.0～2.6 g/mL；③萘酚、活性炭除檢測要求指標(biāo)外，需進行陰極鋅析出小實驗，實驗結(jié)果顯示正常后方可使用。

3.4 生產(chǎn)實踐小結(jié)

萘酚除鈷工藝除Co 效果較好，除Co 系統(tǒng)穩(wěn)定，且現(xiàn)場操作簡單，通過液體顏色變化即可判斷液體中Co 是否除去。但是萘酚除鈷工藝僅對除Co有效，對其他雜質(zhì)元素?zé)o效，如硫酸鋅中Fe、Ni、As、Ge 等雜質(zhì)元素含量較高時，仍需采取其他措施進行去除。

4 新藥劑除鈷凈化工藝

4.1 工藝流程

凈化工序采用三段凈化工藝，第一段凈化加鋅粉除Cu、Cd，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第二段凈化工序。第二段凈化添加鋅粉除殘Cd，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，液體進入第三段凈化工序。第三段凈化添加新藥劑除鈷，通過壓濾機進行液固分離，渣輸送至綜合回收工序，合格液體送至電解工序。詳細工藝流程見圖3。

圖3 新藥劑除Co 凈化工藝流程圖

4.2 新藥劑除鈷工藝凈化操作條件

新藥劑除鈷凈化工藝參數(shù)見表3。

表3 新藥劑除鈷凈化工藝操作參數(shù)

4.3 問題及措施

1)受原料變化的影響，中上清液含Ge 高達0.13～0.2 mg/L，系統(tǒng)除Ge 困難。采取措施：①一段凈化反應(yīng)時間需控制在2 h 以上(3 個反應(yīng)槽)，反應(yīng)溫度為85～90 ℃；②二段凈化使用電爐鋅粉，添加硫酸銅(1.5 kg/h)和銻鹽(2～4 g/m3液體)除Ge，同時也可適當(dāng)降低鋅粉用量；③一次后液Ge 控制在0.04 mg/L 以下，如超標(biāo)及時停車，在反應(yīng)槽內(nèi)補加鋅粉和銻鹽，二次后液Ge 控制在0.03 mg/L 以下，如超標(biāo)及時停車，在反應(yīng)槽內(nèi)補加鋅粉、硫酸銅和銻鹽。

2)系統(tǒng)除Co 困難。采取措施：①檢測一次后液Fe 含量，如Fe 含量在20 mg/L 以上，需提高亞硝酸鈉使用量，按照Co 含量的3 倍以上加入；②開啟中上清液過濾，可有效降低Fe 含量，如中上清液過濾全部開啟，一次后液含F(xiàn)e 仍高，需聯(lián)系浸出工序控制Fe2+含量；③檢測除Co 系統(tǒng)pH值，pH 值保持4.0～4.5；④將二次后液Cd 含量控制在5 mg/L 以下；④新型除鈷藥劑純度需大于99.5%，既要保證除Co 效果，又要避免帶入雜質(zhì)影響陰極鋅板面。

3)中上清液過濾困難。采取措施：①在壓濾機濾布上布置木質(zhì)活性炭，有助于底渣成形，利于過濾；②提高中上清液溫度至85 ℃，改善過濾性能；③中上清液過濾機使用過濾效果相對比較好的丙綸復(fù)絲材質(zhì)濾布；④聯(lián)系浸出工序適當(dāng)降低絮凝劑使用量，降低中上清液黏度。

為保證生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，采取了輔料質(zhì)量監(jiān)控措施，具體要求：①新型除鈷藥劑純度需大于99.5%，到貨后需進行陰極鋅析出小實驗，實驗結(jié)果顯示正常后方可使用；②用于中上清液過濾的活性炭主要作用是助濾，可采用碘值低、價格便宜的活性炭，特別注意在使用前必須做陰極板析出試驗，確認陰極鋅析出正常后方可使用。

4.4 生產(chǎn)實踐小結(jié)

新藥劑除鈷工藝除雜廣泛，不僅除Co 效果較好，同樣對硫酸鋅中其他雜質(zhì)元素(如Fe、Ni、Cd、Cu等)去除效果也較好，且此工藝現(xiàn)場操作簡單，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定。

5 鋅粉單耗與加工成本對比

5.1 鋅粉單耗

三種凈化工藝鋅粉使用單耗對比見表4。由表4可以看出，新型藥劑除鈷凈化法鋅粉單耗明顯低于另外兩種凈化工藝。

表4 幾種凈化工藝實際鋅粉單耗對比

5.2 主要加工成本對比

三種凈化工藝的主要加工成本對比見表5。由表5可看出，新藥劑工藝成本明顯低于另外兩種凈化工藝。

表5 幾種凈化工藝重點加工成本對比表

5.3 效益分析

通過對比幾種凈化除鈷加工成本可知，新型藥劑除鈷工藝相比高溫銻鹽除鈷工藝的加工成本降低112.54 元/t，比萘酚除鈷工藝的加工成本降低101.37 元/t。

6 結(jié)論

巴紫鋅業(yè)鋅冶煉采用的原料特點為鐵高、鈷高、硫高、鋅低，產(chǎn)出的中浸上清液含鈷高達50～100 mg/L，為控制成本，巴紫鋅業(yè)對銻鹽、β-萘酚、新型藥劑除鈷工藝進行了探索實踐，得出以下結(jié)論。

1)銻鹽除鈷凈化方法在生產(chǎn)實際過程中Co 含量波動頻繁，除Co 不穩(wěn)定，鋅粉用量加大，且現(xiàn)場操作難度大，其適合于Co 含量較低的硫酸鋅凈化。

2)萘酚除鈷凈化法除Co 效果較好，系統(tǒng)穩(wěn)定且現(xiàn)場操作簡單，但該方法僅對除Co 有效，對其他雜質(zhì)元素?zé)o效，當(dāng)硫酸鋅溶液中Fe、Ni、As、Ge 等雜質(zhì)元素含量較高時，仍需采取其他措施進行去除。

3)新藥劑除鈷凈化方法除雜廣泛，不僅除Co效果較好，同樣對硫酸鋅中其他雜質(zhì)元素去除效果也較好，如Fe、Ni、Cd、Cu 等，且此工藝現(xiàn)場操作簡單，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定。

4)三種除鈷凈化方法中，新型藥劑除鈷凈化方法鋅粉單耗最低，生產(chǎn)噸陰極鋅消耗鋅粉40～50 kg，接近銻鹽除鈷凈化法消耗量的一半；該方法加工成本也最低，生產(chǎn)噸陰極鋅消耗新型藥劑的成本為134.31 元，比另外兩種除鈷凈化方法低100 元以上。