过硫酸铵在湿法锌冶炼系统中除锰的研究与应用

杨志锋， 任 杰

(巴彦淖尔紫金有色金属有限公司， 内蒙古 巴彦淖尔 015543)

1 概述

巴彦淖尔紫金有色金属有限公司采用硫酸锌溶液湿法炼锌，选用MnO2做氧化剂除去硫酸锌浸出液中Fe，将Mn2+留在系统中[1]。在正常的生产中，湿法系统中含Mn2+离子浓度为10～12 g/L，此时在电解过程中在阳极板上电极出致密的MnO2薄膜层，有效地起到保护阳极板的作用[2]，从而抑制阴极锌含铅超标。但有时候，因为一些技术操作及其他原因，导致Mn2+离子升高，对生产造成很大的影响。例如焙砂残硫较高时，MnO2使用量大增，使系统的Mn2+离子浓度在短时间内升至20 g/L左右，电解时，产生大量的阳极泥，造成电解清槽工作量增大，剥离阳极泥会使阳极板受到损害，电解液含铅升高，以至阴极锌含铅升高[3]。同时造成电耗增大，电流效率降低，与正常生产时相比，电流效率下降3%～4%，对生产造成了很坏的影响。因此，维持系统中Mn2+离子浓度在合适的范围内，对现场生产具有重要的意义。

从几种传统的硫酸锌溶液净化除锰方法来看[4-5]：漂白粉和次氯酸钠两种氧化法会将Cl-离子带入系统中，对设备危害较大；采用电解法在公司系统内实施较为困难，高锰酸钾价格较贵；用过硫酸铵除锰时，加入的铵、钠离子，可以作为沉矾的配位剂，不会引入对生产有害的杂质，而且过量的过硫酸铵在液体中分解放出氧气，不会对净化造成影响。所以，本文重点考察过硫酸铵对除锰的效果。

2 试验部分

2.1 实验原理和方法

1)实验原理。过硫酸铵为强氧化剂，在中性溶液中，能将Mn2+离子氧化成MnO2沉淀。其反应方程式见式(1)～(3)。

(1)

(2)

2H2SO4+(NH4)2SO4

(3)

2)实验方法。取中上清500 mL，加热至一定温度后，加入一定量的过硫酸铵反应，同时滴加碳酸钠溶液来调节酸度，反应结束后过滤，测后液含锰离子浓度。

2.2 实验数据与讨论

通过实验，分别考察反应时间、反应温度和酸度等条件对除锰的影响。

2.2.1 反应时间对除锰的影响

反应温度90 ℃，保持pH=5.2～5.4，过硫酸铵加入量120%，考察不同反应时间对除锰的影响，实验数据见表1。

表1 应时间对除锰的影响 g/L

从表1可以看出，随着反应时间的增加，溶液中锰离子逐渐下降，但大部分锰离子在1 h内已经沉淀。

2.2.2 反应温度对除锰率的影响

保持pH=5.2～5.4，过硫酸铵加入量120%，反应时间3 h，考察不同反应温度对除锰的影响，实验数据见表2。

表2 反应温度对除锰的影响 g/L

从表2可以看出，随着温度的升高，溶液中锰离子逐渐下降，因此除锰最佳温度控制在90 ℃以上。

2.2.3 酸度对除锰的影响

反应温度90 ℃，过硫酸铵加入量120%，反应3 h后，考察不同酸度对除锰的影响，实验数据见表3。

表3 酸度对除锰的影响 g/L

从表3可以看出，保持pH=5.2～5.4，对溶液除锰有一定好处，与反应动力学原理相符合，后液含锰约降低一倍，但相差不是很大，为了对下一步的溶液净化产生影响，应对pH值进行控制。

2.2.4 最优条件平行试验

反应条件按照：反应温度90 ℃，过硫酸铵加入量120%，加入碳酸钠保持pH=5.2～5.4，反应3 h后，进行压滤分析，结果见表4。

表4 平行试验 g/L

备注：序号1#～3#为平行试验。

从表4可以看出，试验除锰氯高达95%以上，效果比较理想。

2.3 中试扩大试验

取中上清750 L，加入1 000 L反应槽中，按照小试最优条件：反应温度90 ℃，过硫酸铵加入量120%，加入碳酸钠保持pH=5.2～5.4，反应3 h后，压滤分析，结果见表5。

表5 中试除锰数据 g/L

注：序号1#～3#为平行试验。

从表5发现，试验除锰氯高达95%以上，效果比较理想。

2.4 工业化试验

取中上清45 m3，加入50 m3反应槽中，按照小试最优条件：反应温度90 ℃，过硫酸铵加入量120%，加入碳酸钠保持pH=5.2～5.4，反应3 h后，压滤分析，其结果见表6。

表6 工业化除锰数据 g/L

注： 1#、2#为平行试验。

从表6发现，试验除锰氯高达96%以上，效果较为理想。

3 结论与建议

在采用硫酸锌溶液湿法炼锌工艺中，采用过硫酸铵在中上清中除锰可以取得很好的效果，最佳反应条件为：反应温度90 ℃，过硫酸铵加入量120%，加入碳酸钠保持pH=5.2～5.4，反应3 h后，后液含锰可达0.45 g/L，除锰率达95%以上。

由于公司为20万t/a电锌湿法系统，总体积约有6万m3，用此方法除锰，除锰时新增设备较大，成本较高，因此结合现场提出以下建议。

1)除去2万m3液体中的锰离子，就可以使锰离子下降到理想浓度，但要注意与未除锰液混匀； 因为在1 h后，除锰后液即可降至3.03 g/L，大部分锰离子已经沉淀，建议反应时间缩短至1 h。

2)同时建议在焙砂残硫偏高、二氧化锰使用量增加时，用过硫酸铵代替部分二氧化锰，有效避免系统锰离子急剧升高，对生产系统带来的影响。