濕法煉鋅除鋁技術(shù)的研究與實(shí)踐

陸開(kāi)臣 李永福 潘 輝

(云錫文山鋅銦冶煉有限公司， 云南 文山 663701)

0 前言

常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)中，鋁的來(lái)源可分為三類：鋅冶煉原料、輔料、電解陰極鋁板的溶解，其中，鋅冶煉原料是主要來(lái)源。鋁在鋅冶煉原料中以三氧化鋁或與堿金屬氧化物結(jié)合成鋁酸鹽的形式存在，浸出時(shí)部分鋁溶解進(jìn)入系統(tǒng)[1-2]。鋁在系統(tǒng)中不斷富集，會(huì)導(dǎo)致溶液粘度增大，使鋅浸出礦漿的過(guò)濾性與沉降性變差，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)，由于鋁離子水解pH值較低，易水解入渣，所以使用中和法回收銦等有價(jià)金屬時(shí)鋁會(huì)帶來(lái)不利影響。某公司生產(chǎn)采用“中性浸出→低酸浸出→SO2還原浸出→高酸浸出→預(yù)中和→中和沉銦→高酸銦浸出→含銦液凈化→銦萃取”工藝，鋁自原輔料中通過(guò)浸出工序進(jìn)入系統(tǒng)，在中和沉銦過(guò)程中沉降下來(lái)，經(jīng)高酸銦浸出后又進(jìn)入溶液中返回主生產(chǎn)系統(tǒng)，不斷循環(huán)富集。目前銦浸出液含鋁量上升至30 g/L，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，濕法煉鋅過(guò)程中，并無(wú)針對(duì)除鋁的具體措施與方法。業(yè)內(nèi)一些實(shí)驗(yàn)探索的除鋁方法，如中和除鋁法、吸附法等，存在鋁去除率低、有價(jià)金屬損失率大、液固分離困難等問(wèn)題，難以成為濕法煉鋅系統(tǒng)鋁的有效開(kāi)路。因此，進(jìn)行濕法煉鋅除鋁技術(shù)研究很有現(xiàn)實(shí)意義。本文以濕法煉鋅過(guò)程中產(chǎn)生的高鋁硫酸鋅溶液為研究對(duì)象，使用硫酸銨作為除鋁劑，探索最佳除鋁工藝條件，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，以解決系統(tǒng)鋁開(kāi)路問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

硫酸銨粒徑≤2 mm，氮含量≥20.5%；高鋁硫酸鋅溶液來(lái)自云南某大型鋅銦冶煉公司，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 高鋁硫酸鋅溶液化學(xué)成分 g/L

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

Al2(SO4)3+(NH4)2SO4+xH2O=2NH4Al(SO4)2·xH2O

(1)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，以除鋁率、鋅損失率、硫酸損失率為主要指標(biāo)，在常壓條件下，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、NH+/Al3+摩爾比、冷卻終點(diǎn)溫度、冷卻時(shí)間等因素對(duì)除鋁率、鋅損失率、硫酸損失率的影響。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)獲得最佳除鋁工藝條件，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

除鋁率與鋅損失率均按式(2)計(jì)算：

(2)

式中，η1為除鋁率或鋅損失率，%；M為鋁渣質(zhì)量，g；W為元素在鋁渣中的百分含量，%；C1為元素在高鋁硫酸鋅酸性溶液中的濃度，g/L；V1為高鋁硫酸鋅酸性溶液的體積，L。

硫酸損失率按式(3)計(jì)算：

(3)

式中，η2為硫酸損失率，%；C2為硫酸在高鋁硫酸鋅酸性溶液中的初始濃度，g/L；V2為初始高鋁硫酸鋅酸性溶液的體積，L；C3為除鋁后液中的硫酸濃度，g/L；V3為除鋁后液的體積，L。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)除鋁的影響

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響

從圖1可知，反應(yīng)溫度從30 ℃升高至80 ℃時(shí)，除鋁率由85.11%緩慢升至87.36%，提升幅度有限。硫酸損失率由59.63%緩慢增加62.56%，增加的主要原因是一方面除鋁反應(yīng)需消耗硫酸根，在其他條件不變的情況下，除鋁率的提高將伴隨硫酸損失率的增大；另一方面，溫度的升高也會(huì)導(dǎo)致少量硫酸因揮發(fā)而損失。鋅損失率由1.51%緩慢降至1.27%，變化幅度不大。綜上所述，反應(yīng)溫度對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響不大。為保證較高的除鋁率與較低的鋅損失率，后續(xù)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度取80 ℃。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鋁的影響

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響

從圖2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間由30 min逐步延長(zhǎng)至180 min，除鋁率逐漸升高，在120 min時(shí)達(dá)到最大值(83.96%)后逐步降低，這是因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)反應(yīng)時(shí)間不足，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)逐步達(dá)到完全，除鋁率逐步升高；待反應(yīng)完全后，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，生成的NH4Al(SO4)2復(fù)合鹽部分返溶導(dǎo)致除鋁率下降。硫酸損失率與除鋁率變化趨勢(shì)一致。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鋅損失率呈下降趨勢(shì)；反應(yīng)時(shí)間大于90 min后，鋅損失率基本無(wú)變化，此時(shí)，鋅的損失基本是由于NH4Al(SO4)2復(fù)合鹽夾帶的溶液損失。綜上，反應(yīng)時(shí)間選取120 min為宜。

2.3 NH+/Al3+摩爾比對(duì)除鋁的影響

圖摩爾比對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響

2.4 冷卻終點(diǎn)溫度對(duì)除鋁的影響

圖4 冷卻終點(diǎn)溫度對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響

從圖4可知，冷卻終點(diǎn)溫度由20 ℃升至45 ℃，除鋁率由83.66%降至74.89%，而硫酸損失率為63.57%～64.67%，變化幅度很小，二者變化趨勢(shì)不再一致，這表明冷卻終點(diǎn)溫度對(duì)除鋁率影響較大，對(duì)硫酸損失率影響較小，這是因?yàn)镹H4Al(SO4)2復(fù)合鹽在溶液中的溶解度隨溫度上升而增大所致。鋅損失率保持在0.51%～0.72%，變化范圍亦較小。綜上，兼顧除鋁率與鋅損失率的同時(shí)，為不降溫過(guò)多，選取冷卻終點(diǎn)溫度為25 ℃作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)條件。

2.5 冷卻時(shí)間對(duì)除鋁的影響

圖5 冷卻時(shí)間對(duì)除鋁率、鋅損失率與硫酸損失率的影響

從圖5可知，冷卻時(shí)間由10 min增加至60 min，除鋁率由79.17%逐步提升至83.56%，硫酸損失率由61.33%升高至64.67%，二者變化趨勢(shì)一致；鋅損失率為0.51%～0.61%，波動(dòng)較小。由此可見(jiàn)，冷卻時(shí)間的增加在一定范圍內(nèi)有利于除鋁率的提高。綜上所述，在保證除鋁效果的同時(shí)兼顧除鋁效率，冷卻時(shí)間選取為30 min。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 液固分離設(shè)備的選擇

在生產(chǎn)實(shí)踐中,無(wú)需任何添加劑，除鋁礦漿便具有良好的過(guò)濾性能和沉降性能。液固分離可使用壓濾機(jī)和離心機(jī)對(duì)除鋁礦漿進(jìn)行。壓濾機(jī)處理量小，壓濾渣含水率較高，有價(jià)金屬鋅損失率較大，難以滿足除鋁礦漿的液固分離需求；離心機(jī)濾渣含水率低，有價(jià)金屬鋅損失率小，能夠滿足除鋁礦漿的液固分離需求，但濾液含固量較高，需重復(fù)過(guò)濾。綜上所述，選擇離心機(jī)作為除鋁礦漿的液固分離設(shè)備，工藝流程如圖6所示。

圖6 除鋁工藝流程圖

3.2 工藝條件控制

從表2～表4可知，在生產(chǎn)實(shí)踐中使用硫酸銨能較好去除高鋁硫酸鋅酸性溶液中的鋁，所得除鋁后液中的鋁含量顯著降低，除鋁渣鋁含量高，鋅含量低。

表2 除鋁前液主要成分 g/L

表3 除鋁后液主要成分 g/L

表4 除鋁渣主要成分 %

4 結(jié)論