提高鋅電積陽極泥中錳利用率的研究

謝庭芳，羅永光，焦志良，馬愛元

(1. 西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2. 云南馳宏鋅鍺股份有限

公司，云南 曲靖 655000；3. 六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

引 言

濕法煉鋅過程中，鋅電積通常采用Pb-Ag 合金陽極，通入直流電后，陽極上的Pb 首先生成PbSO4 或PbO2，呈不溶鈍化狀態(tài)。電積液中的錳離子以二價(jià)離子形態(tài)存在，在陽極過程中發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化錳，吸附在陽極上的二氧化錳與陽極表面的PbO2一起形成堅(jiān)固的陽極保護(hù)膜，不但延長了陽極的使用壽命，也使進(jìn)入陰極鋅中的鉛含量減少，提高陰極鋅質(zhì)量。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋅電積過程中電積液錳離子貧化，會(huì)使陽極腐蝕，嚴(yán)重影響陰極鋅質(zhì)量；但錳離子濃度過高，則會(huì)增大溶液的電阻，導(dǎo)致槽電壓升高，增加電耗[1]。因此，錳離子對(duì)鋅電積生產(chǎn)具有十分重要的意義[2]，大部分濕法煉鋅企業(yè)控制電積液中錳離子含量3 ～ 5 g/L。目前主要的補(bǔ)錳方式是在浸出工序使用錳粉與稀硫酸反應(yīng)制備高錳溶液補(bǔ)充進(jìn)入流程，但是存在著錳的利用率低，生產(chǎn)成本高的問題。

某廠每年生產(chǎn)電鋅12 萬t，鋅電積過程每年產(chǎn)出的鋅陽極泥干量約2700 t，其中含錳總量約1000 t。目前，該廠對(duì)鋅電積陽極泥處理方法主要是將其直接返回鋅浸出工序作為氧化劑添加到中浸氧化槽中，能夠利用陽極泥中二氧化錳的氧化作用，同時(shí)起到補(bǔ)錳的作用[3]。實(shí)踐證明，陽極泥中的二氧化錳僅與礦漿中的二價(jià)鐵及少量的硫化物反應(yīng)，而反應(yīng)過程中的pH值在0.5 ～ 2.5之間，反應(yīng)時(shí)間不充分，造成錳的還原效率只有40% ～50%，其余部分及鉛、銀均進(jìn)入鋅浸出渣，該方法不能較好的回收鉛、銀，且錳的回收率低，造成大量的錳資源流失[4～6]。而企業(yè)仍然需要補(bǔ)入大量錳粉，用于提高系統(tǒng)中錳離子濃度。

本研究利用了硫化鐵直接還原浸出錳的方法，實(shí)現(xiàn)錳與鉛銀的浸出分離，錳進(jìn)入溶液返回到鋅浸出工序進(jìn)行補(bǔ)錳，以期達(dá)到提高鋅電積陽極泥中錳利用率的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)錳粉消耗量的降低。同時(shí)陽極泥中鉛、銀得以富集，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用陽極泥為某廠鋅電積過程產(chǎn)生的陽極泥，陽極泥主要成分見表1，實(shí)驗(yàn)用酸為工業(yè)硫酸，實(shí)驗(yàn)用硫化鐵為分析純硫化鐵。

表1 鋅電積陽極泥主要化學(xué)成分/%Table1 Main chemical composition of zinc electrodeposition anode slime

圖1 鋅電積陽極泥回收錳工藝流程Fig. 1 Process flow chart of manganese recovery from zinc electrodeposition anode slime

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程及原理

實(shí)驗(yàn)主要利用硫酸介質(zhì)中，二氧化錳的強(qiáng)氧化性和硫化鐵的強(qiáng)還原性實(shí)現(xiàn)錳的還原浸出，主要反應(yīng)如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 陽極泥粒度的影響

濕法冶煉中原料的粒度直接影響浸出效果，一般粒度越細(xì)浸出效果越好。因此，在其他條件固定的情況下，考察了陽極泥球磨后粒度對(duì)錳浸出率的影響，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 陽極泥粒度對(duì)錳浸出率的影響Fig. 2 Effect of particle size of anode slime on manganese leaching rate

從圖2 中可以看出，陽極泥粒度至少達(dá)到0.074 mm 才能獲得較高的錳浸出率。

2.2 硫化鐵用量的影響

圖3 硫化鐵用量對(duì)錳浸出率的影響Fig. 3 Effect of dosage of iron sulfide on manganese leaching rate

圖3 給出了在其他條件相同時(shí)，以反應(yīng)2 為基礎(chǔ)，不同硫化鐵用量條件下得到的錳浸出率變化曲線。

從圖中不難發(fā)現(xiàn)，隨著硫化鐵用量的增加，錳的浸出率不斷增高。并且硫化鐵必須過量到1.1倍，錳的浸出率趨于平穩(wěn)，通過對(duì)浸出渣的分析發(fā)現(xiàn)，硫化鐵用量為1.0 倍時(shí)，單質(zhì)硫含量為2.28%（渣率為70.2%），1.1 倍時(shí)單質(zhì)硫含量為2.87%（渣率為67.3%），1.2 倍時(shí)單質(zhì)硫含量為2.92%（渣率為68.0%），說明反應(yīng)1、2 同時(shí)存在，主要以反應(yīng)2 形式進(jìn)行反應(yīng)。

2.3 初始酸濃的影響

其他條件相同，初始酸濃度對(duì)錳浸出率的影響，見圖4。

圖4 初始酸濃對(duì)錳浸出率的影響Fig. 4 Effect of the initial acid concentration on manganese leaching rate

從圖中可以看出，初始酸濃對(duì)錳浸出率影響較大，錳的浸出率隨初始酸濃的增加呈現(xiàn)先增大后略微下降的趨勢(shì)，在初始酸濃為100 g/L 左右時(shí)達(dá)到最高的浸出率。

2.4 浸出時(shí)間對(duì)錳浸出率的影響

在其他條件相同的情況下，浸出時(shí)間越長、錳的浸出率越高，當(dāng)浸出一定的時(shí)間后，再延長浸出時(shí)間，浸出率的變化不大。在其他條件固定時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)得到較佳的浸出時(shí)間為120 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 浸出時(shí)間對(duì)錳浸出率的影響Fig. 5 Effect of leaching time on manganese leaching rate

2.5 浸出溫度對(duì)錳浸出率的影響

一般溫度升高，化學(xué)反應(yīng)的速率會(huì)顯著的加快，有利于物質(zhì)的浸出。

從圖6 浸出溫度對(duì)錳浸出率的影響曲線可以看出，在固定其他條件下，溫度在90℃時(shí)，錳的浸出率可達(dá)93%以上，因此，浸出過程溫度控制應(yīng)不低于90℃。

圖6 浸出溫度對(duì)錳浸出率的影響Fig. 6 Effect of leaching tempetature on manganese leaching rate

3 結(jié) 論

硫化鐵直接還原浸出鋅電積陽極泥中錳過程，應(yīng)在高溫、高初始酸濃的條件下進(jìn)行，在陽極泥粒度0.074 mm、硫化鐵用量1.1 倍、初始酸濃100g/L、浸出時(shí)間120 min、反應(yīng)溫度90℃的較優(yōu)條件下，錳的浸出率可達(dá)到90%以上，可以實(shí)現(xiàn)鋅電積陽極泥中錳的高效利用。該方法較傳統(tǒng)的補(bǔ)錳方法有錳回收率高的優(yōu)點(diǎn)，用于鋅濕法冶煉過程中補(bǔ)錳，可以降低錳粉的消耗，能成為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益新的增長點(diǎn)。