合金锌粉在锌湿法冶炼锑盐净化工序中的应用

董 觉,唐爱勇,朱北平,窦传龙

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

合金锌粉在锌湿法冶炼锑盐净化工序中的应用

董 觉,唐爱勇,朱北平,窦传龙

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

文章以锌湿法冶炼锑盐净化工序为基础,对合金锌粉与普通锌粉在该工序中净化除杂效果进行了对比试验。试验结果表明,合金锌粉的采用可以大大提高除钴镍的效果,尤其是除钴效率;同时,与普通锌粉相比,合金锌粉在保证净化效果的前提下可以大幅度节约净化锌粉的用量,经济效益明显;合金锌粉的最佳合金浓度一般为0.2%。

湿法炼锌;净化;锌粉;合金

锌湿法冶炼过程中,经过中性浸出流程后,产出硫酸锌的中上清溶液,水解作用使Fe、As、Sb等杂质大部分得以除去,但溶液中仍残存Cu、Cd、Co、Ni和小部分 Fe、As、Sb等杂质。在随后的净化工序中, Cu、Cd等杂质比较容易除去,而Co较难除去且易引起电解“烧板”,因而Co成为净化工序的重点考察对象。

目前,大部分锌冶炼企业利用锌粉对硫酸锌溶液进行深度净化,应用最为广泛的工艺有黄药净化法、砷盐净化法、锑盐净化法。黄药净化法的劳动条件比较恶劣、黄药价格昂贵,已逐渐被其他方法取代;砷盐净化法因为生成砷化氢有毒气体而必须在密闭容器内进行,对设备和操作要求严格;锑盐净化法设备简单、操作环境较好,且锑盐消耗少,因此在生产上具有较大优势。

本试验以锑盐净化工序为基础,研究了合金锌粉与普通锌粉的净化效果差别。

1 合金锌粉净化原理

中上清中的Cu、Cd、Ni比较容易除去,因此合金锌粉与普通锌粉在这方面的效果相似,两者净化能力的差别主要表现在除钴方面。锌粉除钴是利用金属Zn与Co的电位差将Co2+从溶液中置换出来,反应如下:

理论上锌粉可以将Co彻底置换出来[1],但在实际生产中,锌粉除Co比较困难,即使用理论量几百倍的锌粉也难以将Co除到锌电解的要求。因为Co2+还原析出时具有较高的超电位|φCo|,并且置换反应速率十分缓慢,再加上钴容易返溶,因而除钴难度很大。生产中,常常添加锑盐或砷盐作活化剂,使Sb或As与Co形成多元合金化合物,加速置换反应的进行。

Zn与Co2+之间的置换反应,实质上是在锌粉的表面发生了锌与钴的微电池反应。锌的析出电位|φZn|与Co2+的析出电位|φCo|之间的差值是决定该反应的关键因素,|φZn|＞|φCo|且两者差值越大,置换越容易进行。而阴极金属对钴的析出电位|φCo|有很大的影响。表1[2]给出了近似真实生产溶液的情况下不同温度对应的|φZn|、|φCo|关系,表2[2]是作为电池反应的阴极金属M对|φCo|的影响。

表1 |φZn|与|φCo|的比较([Zn2+]=170 g/L, [Co2+]=0.02 g/L)

表2 温度、阴极金属材料对|φCo|的影响

表1显示了|φZn|＞|φCo|对应的各种情形,在这些条件下,Co2+均可被Zn粉置换出来。从表2的数据可以看出,在较高的温度下Co2+在Co、Sb、Sn金属上沉积的析出电位|φCo|比在Zn粉上沉积的析出电位|φCo|小得多,即溶液中的Co2+更易被锌粉置换出来。

利用合金锌粉净化除Co便是基于以上原理。在纯锌中加入可以使|φCo|降低的合金元素,制成合金锌粉,合金元素成为微电池反应的阴极,极大地促进Zn与Co2+之间置换反应的进行。此外,有文献[3]报道,Pb等合金元素可以抑制Co的返溶,从而保证除钴效率。合金锌粉具有的降低Co析出电位、抑制返溶等多重作用,使其除钴能力大大提高,从而在净化除钴方面具有广泛的应用前景。

2 试 验

2.1 试验原料

试验采用锌冶炼中性浸出工序产出的中上清溶液为原料,进行锑盐净化工艺的三段净化试验。中上清的化学组分见表3。二段净化时加入的锑盐由酒石酸锑钾配制而成,浓度为0.00 045 g/L。

净化所用锌粉为普通锌粉和合金锌粉,均为40目筛下锌粉。其中普通锌粉由纯锌锭喷吹制得,合金锌粉主要有以下几种:Zn-A、Zn-B、Zn-C、Zn-D、Zn-Cu、Zn-Fe,分别在纯锌中加入了不同合金浓度的A、B、C、D、Cu、Fe等金属,然后制备成合金锌粉。

表3 中上清化学组分 g/L

2.2 试验方法

将1 L中上清加热到70℃后,加入1 g普通锌粉,在350 r/min的速度下搅拌1 h,过滤得到一段净化后液;将一段净化后液加热到85℃,加入10 mL的酒石酸锑钾溶液和4.5 g的试验锌粉,在350 r/min的速度下搅拌2 h,过滤,得到钴镍渣和二段净化后液;将二段净化后液加热到70℃,加入1 g普通锌粉,在350 r/min的速度下搅拌1 h,过滤得到新液。

3 结果与讨论

3.1 合金元素对净化效果的影响

对中上清进行三段净化后,产出新液。普通锌粉以及Zn-A、Zn-B、Zn-C、Zn-D、Zn-Cu、Zn-Fe等合金锌粉对应的新液中杂质元素含量见表4。以上各种合金锌粉的合金浓度均为0.2%。

表4 各种锌粉净化对应的新液杂质含量 g/L

由表4中新液情况可以明显看出,Cu、Cd、Ge、Sb在各新液中的含量差别不大,均能达到锌电解要求,新液含Ni有轻微差别,含Co差别最为明显。可见,不同锌粉的除Co效果差别明显。与普通锌粉相比,Zn-Cu的除钴结果明显不符合要求,Zn-Fe稍差,但勉强可以达到锌电解要求,Zn-A、Zn-B、Zn -C、Zn-D等合金锌粉具有明显的除钴优势,可以将新液中的钴含量降低至0.000 3～0.000 4 g/L左右。

3.2 锌粉用量对净化除钴的影响

试验进一步选用了Zn-A、Zn-B、Zn-C、Zn-D等净化效果佳的合金锌粉,在同样的工艺条件下,减少二段净化使用的锌粉量,考察其除钴效果的差别。试验结果列于表5。

表5 不同锌粉用量对除钴效果的影响

从表5可以看出,将锌粉的用量从4.5 g/L减少至3 g/L,即减少1/3之后,Zn-A和普通锌粉的除钴效果明显变差,产出的新液含钴偏高,不符合锌电解工序的要求;合金锌粉Zn-B、Zn-C、Zn-D的除钴效果仅有轻微减弱,仍能够保持很高的除钴率,新液含钴可以控制在0.000 4～0.000 5 g/L左右。可见,在纯锌中加入B、C、D这三种金属元素可以有效地保证硫酸锌溶液的除钴率,同时还能够大幅度降低锌粉的用量,具有显著的经济效益。

3.3 合金浓度对净化除钴的影响

试验选取了Zn-B、Zn-C、Zn-D三类合金锌粉,在二段除钴镍锌粉用量为4.5 g/L的条件下,考察合金浓度对除钴效果的影响,具体结果列于表6。

表6 合金浓度对除钴效果的影响

从表6的新液含Co数据可以看出,三类合金锌粉的除钴效果与合金浓度之间的关系存在一定差异。Zn-B、Zn-C的合金最佳添加浓度均是0.2%,合金浓度超过0.2%之后,C浓度继续增大除钴效果变化不明显,B浓度的增大反而引起除钴效果变差。合金D的浓度从0.1%增加到0.3%,新液含Co从0.000 7 g/L降低至0.000 37 g/L,除钴效果不断增强,但综合考虑到成本问题,0.2%合金浓度的Zn-D即可很好地满足除钴要求。

4 结 论

1.采用合金锌粉进行锑盐净化时,合金元素对净化除钴有很大影响。与普通纯锌粉相比,合金元素A、B、C、D可以大大提高净化除钴的效果,而Fe的除钴促进作用不明显,Cu反而不利于除钴。

2.合金锌粉不但能大大提高除钴率,而且能大幅度降低锌粉用量。特别是在锌粉中加入B、C、D这三种合金元素,保证同等除钴效果的前提下可以减少1/3用量的锌粉,经济效益十分明显。

3.合金浓度对除钴效果有较大的影响。各种锌粉的合金浓度影响规律存在一定差异,但均存在一个最佳合金浓度。由此,优选出Zn-0.2%B、Zn -0.2%C、Zn-0.2%D三种除钴效果佳、成本低的合金锌粉。

4.Zn-0.2%B、Zn-0.2%C、Zn-0.2%D三种合金锌粉已经经过除钴镍中试试验,除钴镍效果良好,产出的新液均能达到电解要求。综合考虑生产成本问题,在三种合金锌粉中,拟优选Zn-0.2%D正式应用于锌冶炼净化生产中。

[1] 梅光贵,王德润,周敬元,等.湿法炼锌学[M].长沙:中南大学出版社,2001.280-299.

[2] 《铅锌冶金学》编委会.铅锌冶金学[M].北京:科学出版社, 2003.382-384.

[3] 马春来.Pb-Zn合金锌粉用于电解锌净化除钴的研究[J].有色矿冶,2006,22(6):30-33.

The Application of Zinc Alloy Powder in the Antimonate Trioxide Process of Zinc Hydrometallurgy

DONGJue,TANGAi-yong,ZHU Bei-ping,DOU Chuan-long
(Zhuzhou S melter Group Co.Ltd,Zhuzhou412004,China)

Experiments on comparing the differencesof purification effects between zinc alloy powder and commom zinc powder in the process of antimonate trioxide were carried out.The experiments showed that,the adoption of zinc alloy powder could improve the purification effects greatly,and it was especially beneficial to the removal of cobalt.The zinc alloy powder could also save the amount of zinc powder used in the processof cobalt and nickel removal with antimony purification,which brought low-cost and remarkable economic benefits.0.2%was the optimum dosage of alloying elements in the zinc alloy powder.

zinc hydrometallurgy;purification;zinc powder;alloy

TF813

A

1003-5540(2011)02-0022-03

董 觉(1983-),女,硕士,主要从事有色金属冶炼工艺、新产品开发和资源综合利用等方面的工作。

2011-02-26