過(guò)硫酸銨在濕法鋅冶煉系統(tǒng)中除錳的研究與應(yīng)用

楊志鋒， 任 杰

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司， 內(nèi)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(tǒng)中[1]。在正常的生產(chǎn)中，濕法系統(tǒng)中含Mn2+離子濃度為10～12 g/L，此時(shí)在電解過(guò)程中在陽(yáng)極板上電極出致密的MnO2薄膜層，有效地起到保護(hù)陽(yáng)極板的作用[2]，從而抑制陰極鋅含鉛超標(biāo)。但有時(shí)候，因?yàn)橐恍┘夹g(shù)操作及其他原因，導(dǎo)致Mn2+離子升高，對(duì)生產(chǎn)造成很大的影響。例如焙砂殘硫較高時(shí)，MnO2使用量大增，使系統(tǒng)的Mn2+離子濃度在短時(shí)間內(nèi)升至20 g/L左右，電解時(shí)，產(chǎn)生大量的陽(yáng)極泥，造成電解清槽工作量增大，剝離陽(yáng)極泥會(huì)使陽(yáng)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(shí)造成電耗增大，電流效率降低，與正常生產(chǎn)時(shí)相比，電流效率下降3%～4%，對(duì)生產(chǎn)造成了很壞的影響。因此，維持系統(tǒng)中Mn2+離子濃度在合適的范圍內(nèi)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具有重要的意義。

從幾種傳統(tǒng)的硫酸鋅溶液凈化除錳方法來(lái)看[4-5]：漂白粉和次氯酸鈉兩種氧化法會(huì)將Cl-離子帶入系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備危害較大；采用電解法在公司系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施較為困難，高錳酸鉀價(jià)格較貴；用過(guò)硫酸銨除錳時(shí)，加入的銨、鈉離子，可以作為沉礬的配位劑，不會(huì)引入對(duì)生產(chǎn)有害的雜質(zhì)，而且過(guò)量的過(guò)硫酸銨在液體中分解放出氧氣，不會(huì)對(duì)凈化造成影響。所以，本文重點(diǎn)考察過(guò)硫酸銨對(duì)除錳的效果。

2 試驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理和方法

1)實(shí)驗(yàn)原理。過(guò)硫酸銨為強(qiáng)氧化劑，在中性溶液中，能將Mn2+離子氧化成MnO2沉淀。其反應(yīng)方程式見(jiàn)式(1)～(3)。

(1)

(2)

2H2SO4+(NH4)2SO4

(3)

2)實(shí)驗(yàn)方法。取中上清500 mL，加熱至一定溫度后，加入一定量的過(guò)硫酸銨反應(yīng)，同時(shí)滴加碳酸鈉溶液來(lái)調(diào)節(jié)酸度，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，測(cè)后液含錳離子濃度。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分別考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和酸度等條件對(duì)除錳的影響。

2.2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除錳的影響

反應(yīng)溫度90 ℃，保持pH=5.2～5.4，過(guò)硫酸銨加入量120%，考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)除錳的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 應(yīng)時(shí)間對(duì)除錳的影響 g/L

從表1可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)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(nèi)已經(jīng)沉淀。

2.2.2 反應(yīng)溫度對(duì)除錳率的影響

保持pH=5.2～5.4，過(guò)硫酸銨加入量120%，反應(yīng)時(shí)間3 h，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)除錳的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)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(duì)除錳的影響

反應(yīng)溫度90 ℃，過(guò)硫酸銨加入量120%，反應(yīng)3 h后，考察不同酸度對(duì)除錳的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 酸度對(duì)除錳的影響 g/L

從表3可以看出，保持pH=5.2～5.4，對(duì)溶液除錳有一定好處，與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理相符合，后液含錳約降低一倍，但相差不是很大，為了對(duì)下一步的溶液凈化產(chǎn)生影響，應(yīng)對(duì)pH值進(jìn)行控制。

2.2.4 最優(yōu)條件平行試驗(yàn)

反應(yīng)條件按照：反應(yīng)溫度90 ℃，過(guò)硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應(yīng)3 h后，進(jìn)行壓濾分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 平行試驗(yàn) g/L

備注：序號(hào)1#～3#為平行試驗(yàn)。

從表4可以看出，試驗(yàn)除錳氯高達(dá)95%以上，效果比較理想。

2.3 中試擴(kuò)大試驗(yàn)

取中上清750 L，加入1 000 L反應(yīng)槽中，按照小試最優(yōu)條件：反應(yīng)溫度90 ℃，過(guò)硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應(yīng)3 h后，壓濾分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 中試除錳數(shù)據(jù) g/L

注：序號(hào)1#～3#為平行試驗(yàn)。

從表5發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)除錳氯高達(dá)95%以上，效果比較理想。

2.4 工業(yè)化試驗(yàn)

取中上清45 m3，加入50 m3反應(yīng)槽中，按照小試最優(yōu)條件：反應(yīng)溫度90 ℃，過(guò)硫酸銨加入量120%，加入碳酸鈉保持pH=5.2～5.4，反應(yīng)3 h后，壓濾分析，其結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 工業(yè)化除錳數(shù)據(jù) g/L

注： 1#、2#為平行試驗(yàn)。

從表6發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)除錳氯高達(dá)96%以上，效果較為理想。

3 結(jié)論與建議

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

由于公司為20萬(wàn)t/a電鋅濕法系統(tǒng)，總體積約有6萬(wàn)m3，用此方法除錳，除錳時(shí)新增設(shè)備較大，成本較高，因此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)提出以下建議。

1)除去2萬(wàn)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?yàn)樵? h后，除錳后液即可降至3.03 g/L，大部分錳離子已經(jīng)沉淀，建議反應(yīng)時(shí)間縮短至1 h。

2)同時(shí)建議在焙砂殘硫偏高、二氧化錳使用量增加時(shí)，用過(guò)硫酸銨代替部分二氧化錳，有效避免系統(tǒng)錳離子急劇升高，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來(lái)的影響。