絮凝劑在濕法煉鋅中的實踐研究

＊杜榮珍

（云南金鼎鋅業有限公司 云南 671400）

前言

絮凝劑是一種有效的液固分離添加劑，在選礦、冶金、水處理、石油、化工等行業都有很好的應用，特別是在濕法煉鋅企業中，它起著很大的作用。濕法煉鋅工業采用絮凝劑，可吸附懸浮于礦漿中的固體顆粒，絮凝沉淀既能改善上清水的品質，又能增加濃縮器的容量，而且投資小，生產成本低，處理能力大。

1.試驗準備

金屬的冶煉有兩種方式：一是火法，二是濕法。濕法冶金工藝要求在高酸堿度和高溫度條件下實現細小礦石的有效分離，已有研究表明，將聚丙烯酰胺作為一種合適的輔助劑，用于某些金屬的濕法冶金工藝，能夠獲得較好的分離效果。如在鉛鋅濕法冶煉工藝中加入合適的PAM，可加速礦漿的沉淀與澄清，使得沉淀溢出物具有較好的透明度，得到較高的底流礦漿濃度，從而達到了生產要求[1]。當前，我國多以“焙燒-低酸浸取-電積-蒸發爐處置浸取渣系”的濕法煉鋅技術為主，如圖1所示。

圖1 濕法煉鋅技術

某濕法煉鋅廠的冶煉原料一部分是外部采購來的焙燒礦，一部分是自己生產的焙燒礦，另外一部分是自己礦山采出的氧化礦（氧化鋅原礦），而這部分氧化礦含硅較高。通常情況下根據生產任務、生產實際情況，三種原料按不同比例搭配使用，這樣原料和浸出液中硅含量波動比較大，需要根據浸出液含硅來及時調整絮凝劑的使用來達到最佳沉降效果，保證優質上清質量和較高的底流礦漿濃度，從而節約生產成本。這次的試驗樣品是取自浸出車間實際生產中不同的含硅浸出液。在浸出車間的浸出槽中，分別采集了低硅含量和高硅含量的浸出液樣品，并取了一定量的用于生產中使用的并且配制好的3號絮凝劑和骨膠溶液，準備6個同樣規格的燒杯作為備用，并將燒杯編號。3號絮凝劑成分為聚丙烯酰胺，是有機高分子聚合物，屬于水溶性聚合物；骨膠組成成分以蛋白質為主，是鏈狀天然高分子物質，屬于動物膠。

2.試驗方法

絮凝是一個十分復雜的物理化學過程。目前，人們普遍認為，絮凝作用的機制主要包括兩個方面，即聚集作用和絮凝作用。團聚是一種中和膠體、固體懸浮物粒子表面的電荷，使粒子能夠克服兩者間的靜電斥力，導致粒子失穩，形成微小的團聚體[2]。絮凝工藝是將已有的微細聚集體與絮凝劑結合，從而產生大量的絮體。絮凝劑一般包括兩類化學藥劑。首先為絮凝劑，能夠中和懸浮液表面帶負電的化學試劑，如羥基Al、羥基Fe、羥基錯位等，可通過價態較高的多核羥基橋離子來中和懸浮液表面帶的負電。其次是助凝藥劑，能橋連于懸浮物質的表面，使得懸浮物質快速沉降，例如：丙烯酰胺、羧甲基酯等[3]。

向1號、2號和3號燒杯中加入200mL低硅含量等體積的浸出液，向4號、5號和6號燒杯中加入200mL高硅含量等體積的浸出液，向1號、4號燒杯中加入2mL生產所用的3號絮凝劑，在2號、5號燒杯中加入2mL生產所用的骨膠，在3號、6號燒杯中加入3號絮凝劑和骨膠各1mL。在完全攪拌均勻之后，在燒杯中觀測了試驗現象，并測定了各個燒杯中的浸出物的沉降率。

3.試驗過程

從試驗的高硅含量（4號、5號和6號）燒杯中，取足夠清澈后的上清液，并對其中的硅元素展開分析，并與分析結果進行比較，探討哪種絮凝劑對溶液中硅離子的吸附作用更強。接著，對不同含硅物質的浸出液進行比較試驗，維持其他試驗變量不變，以不同硅離子含量浸出液作為變量，反復進行試驗操作，最終得到了對于硅含量高低的不同結果。

4.試驗結果

試驗結果表明，在中浸條件下，僅添加3號絮凝劑的1號和4號燒杯沉淀速率最高。添加了3號絮凝劑和骨膠的3號、6號燒杯的沉淀速率中等；添加了骨膠的2號和5號燒杯的沉淀速率最小；因此，在實際應用過程中，3號絮凝劑的沉淀速率明顯高于骨膠，沉淀效果更好。

取4號、5號和6號燒杯中的上清液，對其中的硅離子濃度進行了分析，發現在加了骨膠的5號燒杯中、添加了3號絮凝劑和骨膠的6號燒杯中，硅離子濃度中等，只加了3號絮凝劑的4號燒杯中，硅離子濃度最高。通過分析和探討，認為在溶出物中，骨膠對溶出物中的Si離子有較強的吸附作用。

然后，通過對不同含硅物質的浸出液進行對比試驗，通過多組試驗，可以得到：以物料中含ω（SiO2）=5%為標準，當物料中ω（SiO2）＜5%時，溶出液沉淀所用絮凝劑可僅用3號絮凝劑，在原料中ω（SiO2）＞5%的情況下，需要用絮凝劑與一定量的骨膠一起進行沉淀，這樣才能獲得更好的澄清效果，并且在中上清中含有更少的硅離子，這對于提高生產效率是很有幫助的。

5.討論分析

(1)3號絮凝劑

在濕法煉鋅廠，許多液體在濃縮機上必須加入絮凝劑，才能實現液-固分離。大部分公司原先采用的都是3號絮凝劑，3號絮凝劑容易造成二次污染，對人體造成很大的傷害，而且這種類型的聚丙烯酸乙酯溶液的透明度很低，使得液-固分離的效果并不顯著，從而對后續工藝造成了很大的影響。3號絮凝劑，也叫丙烯酸胺，是一種由人造的長鏈高分子材料，它的特性是無色、無味、易溶于水、呈半透明凝膠狀。它在絮凝、增稠、降阻等領域有著諸多的優勢，在石油開采、醫藥、紡織等行業中有著非常重要的作用[4]。3號絮凝劑是一種非常黏稠的凝膠。所以要有較好的溶解性，就必須用高速的機械攪拌，以400～10000r/min的轉速進行，15～45min后就會溶解。要縮短溶解時間，可以采用加溫的方法，但必須保持在55℃以下，否則溫度過高，發生高分子降解，會影響絮凝的效果。在機械設備的設計中，要想使攪拌效率更高，就必須在攪拌桶中添加具有消能、阻流等作用的攪拌桶。

因為3號絮凝劑中含有的是酞胺基團，它們之間存在著一種與之發生氫鍵反應的固態吸附性物質，而且它的分子鏈相對較長。絮凝效果的優劣與分子鏈長度有關，利用長鏈橋連粒子間的大粒子，使粒子間形成大粒子絮凝體，從而加快沉淀速率。在3號膠凝物中，采用搭橋的方式實現了對膠體表面的吸附，使膠體表面活性位點對膠體表面活性位點的影響最小。3號絮凝劑既可以對金屬礦物等具有正電勢的固體粒子進行絮凝，也可以對具有負三電位的固體粒子進行絮凝。采用3號絮凝劑時，抗剪作用對于處理高濁度礦漿而言更加有利。

3號絮凝劑的優勢是能減少工程建設的投入。3號絮凝劑水分解絮凝體具有更快的沉淀速率，可以吸收礦漿顆粒，提高了沉淀效率，增加了濃縮池的利用率，減小了所用的結構面積，節省了基礎設施。3號絮凝劑還可以減少處理費用，3號絮凝劑的大分子量使其具有更大的吸附面積，增加了其對廢水的吸附容量，從而減少了廢水的處理費用。易于操作和管理，具有操作簡便、應用效果良好的特點，給企業的日常生產和管理提供了便利。盡管在濕法煉鋅工藝中，使用絮凝劑對生產效率有一定的正面影響，但是當絮凝劑過量時，也會對生產質量造成不利影響，因此3號絮凝劑的用量不宜過多。如果生產過程中3號絮凝劑的用量過多，會對鋅電解有較大的影響，不但導致電解液的黏性增大，出現氣泡，導致鋅片變脆，而且會導致沉淀鋅的逆溶解，顯著降低電流效率。因此，在實際操作中，必須嚴格控制好絮凝劑的用量，避免用量過多影響生產。

鑒于目前在礦冶行業中使用聚丙烯酰胺所面對的現實狀況，3號絮凝劑生產商在產品的開發與使用中，應當在掌握了多種離子型產品劑型及一些共聚合產物的生產技術與生產能力的基礎上，根據礦石特性及使用介質，在初選完成之后，能夠根據使用的結果，及時調整產品配方，改變產品的某些特性，并逐漸實現為使用廠家在不同的礦石介質及不同的礦石處理工藝中，為使用廠家提供特殊的絮凝劑產品，并協助使用廠家決定最佳的投料點，從而促進3號降凝劑在礦冶行業中的使用。3號絮凝劑制造商要想在礦山中提高產品質量，必須走精益求精的道路，而精益求精的先決條件是技術研發和技術與產品創新。同時，在該行業中，也要有新知識、新思路、新產品和新技術的引進。與此同時，要著力強化自己的技術團隊和技術開發，擔當工藝開發、應用開發的主要任務，具有對聚丙烯酰胺這一精細化學品的多樣化的制造技術，具有靈活方便的、易于改變劑型的制造工藝，具有掌握技術、熟悉3號絮凝劑產品特性的開發和推廣人員，以“專用絮凝劑”為指引，以礦產資源的合理開發為機遇，擴大3號絮凝劑在生產中的應用。

(2)骨膠

濕法煉鋅是當前鋅工業的主要生產方法，而硫酸鋅提純與電積制鋅是濕法煉鋅過程中的關鍵步驟，其中含有大量的有機雜質，不僅會降低電鋅質量，還會增加直流電耗，導致鋅粉用量增加。在鋅電積法中，不斷地在電解液中添加骨膠，以提高鋅片的品質。在使用過程中，骨膠等物質將會積累、增多，從而對產品質量產生不良的影響。所以，對骨膠在硫酸鋅溶液凈化、鋅電積過程中的作用進行了深入的探討，這對于大極板鋅電積過程的正常進行、凈化成本的降低以及節能降耗都有著十分重大的理論意義和實際價值。

骨膠屬于一種動物膠，是一種鏈狀天然高分子材料，它的組成成分以蛋白質為主，分子量為3000～80000，可溶解于水，在被投加到水中后，它的作用是通過吸附搭橋來促進解穩膠體顆粒的聚集。將骨膠與鋁、鐵等礦物混合，能取得良好的絮凝作用。骨膠也叫工業皮膠、工業明膠、動物膠粘劑、環境膠粘劑、牛膠、動物膠[5]。球形，以明膠蛋白為主，在水中溶解，在油、蠟、酒精、有機溶劑等中極難溶解。骨膠是由氨基和羧基的簡單聚肽鏈分子構成的，它是一種相對分子質量＞10000的多肽，它的膠接性能好、強度高、水分少、容易干燥。骨膠的優勢是它的分子結構中包含了許多諸如羥基氨基之類的極性基團，所以它對極性物質的附著力很高，而且它的成膜性非常好。但其不足之處是，骨膠不耐水性，遇水會引起膠層膨脹而喪失粘接能力，抗腐蝕性較低，溫度、濕度的改變會對其產生較大的影響。

6.結論

濕法冶金使用絮凝劑指的是礦石溶出后，在料液中添加的一種可以進行絮凝沉淀的化學藥劑，它與料液中具有電性的顆粒接近，利用其低的電勢，使得帶有電性的顆粒形成膠體，這種膠體絮凝成團，從而從溶液中脫離出來。因此，研發出一種新型、高效、環境友好、價格低廉的濕法冶金用絮凝劑，成為該領域的重要發展方向。濕法煉鋅過程比較復雜，而且變化很大，在具體的生產過程中，應該按照焙燒礦等原料的各元素含量以及具體的生產情況，來調節和使用冶煉過程中的添加輔料。從上述的試驗中我們可以發現，要針對不同的含硅物質來調節所生產的絮凝劑，在對低硅物質進行浸出的過程中，只需要3號絮凝劑就可以達到生產的要求。但是，如果原料中ω（SiO2）含量較高（≥5%），則需要在3號絮凝劑的基礎上，再添加一定量的骨膠，這樣才能達到最好的混合作用，這對于提高生產效率，降低生產成本有著非常實際的作用。