湿法炼锌除铝技术的研究与实践

陆开臣 李永福 潘 辉

(云锡文山锌铟冶炼有限公司， 云南 文山 663701)

0 前言

常规湿法炼锌系统中，铝的来源可分为三类：锌冶炼原料、辅料、电解阴极铝板的溶解，其中，锌冶炼原料是主要来源。铝在锌冶炼原料中以三氧化铝或与碱金属氧化物结合成铝酸盐的形式存在，浸出时部分铝溶解进入系统[1-2]。铝在系统中不断富集，会导致溶液粘度增大，使锌浸出矿浆的过滤性与沉降性变差，影响系统正常运行。同时，由于铝离子水解pH值较低，易水解入渣，所以使用中和法回收铟等有价金属时铝会带来不利影响。某公司生产采用“中性浸出→低酸浸出→SO2还原浸出→高酸浸出→预中和→中和沉铟→高酸铟浸出→含铟液净化→铟萃取”工艺，铝自原辅料中通过浸出工序进入系统，在中和沉铟过程中沉降下来，经高酸铟浸出后又进入溶液中返回主生产系统，不断循环富集。目前铟浸出液含铝量上升至30 g/L，严重影响了生产的正常稳定运行。

目前，湿法炼锌过程中，并无针对除铝的具体措施与方法。业内一些实验探索的除铝方法，如中和除铝法、吸附法等，存在铝去除率低、有价金属损失率大、液固分离困难等问题，难以成为湿法炼锌系统铝的有效开路。因此，进行湿法炼锌除铝技术研究很有现实意义。本文以湿法炼锌过程中产生的高铝硫酸锌溶液为研究对象，使用硫酸铵作为除铝剂，探索最佳除铝工艺条件，并应用于生产实践，以解决系统铝开路问题。

1 实验

1.1 实验原料

硫酸铵粒径≤2 mm，氮含量≥20.5%；高铝硫酸锌溶液来自云南某大型锌铟冶炼公司，主要化学成分见表1。

表1 高铝硫酸锌溶液化学成分 g/L

1.2 实验原理

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

(1)

1.3 实验方法

采用单因素实验方法，以除铝率、锌损失率、硫酸损失率为主要指标，在常压条件下，考察反应温度、反应时间、NH+/Al3+摩尔比、冷却终点温度、冷却时间等因素对除铝率、锌损失率、硫酸损失率的影响。通过单因素实验获得最佳除铝工艺条件，并应用于生产实践。

除铝率与锌损失率均按式(2)计算：

(2)

式中，η1为除铝率或锌损失率，%；M为铝渣质量，g；W为元素在铝渣中的百分含量，%；C1为元素在高铝硫酸锌酸性溶液中的浓度，g/L；V1为高铝硫酸锌酸性溶液的体积，L。

硫酸损失率按式(3)计算：

(3)

式中，η2为硫酸损失率，%；C2为硫酸在高铝硫酸锌酸性溶液中的初始浓度，g/L；V2为初始高铝硫酸锌酸性溶液的体积，L；C3为除铝后液中的硫酸浓度，g/L；V3为除铝后液的体积，L。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对除铝的影响

图1 反应温度对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响

从图1可知，反应温度从30 ℃升高至80 ℃时，除铝率由85.11%缓慢升至87.36%，提升幅度有限。硫酸损失率由59.63%缓慢增加62.56%，增加的主要原因是一方面除铝反应需消耗硫酸根，在其他条件不变的情况下，除铝率的提高将伴随硫酸损失率的增大；另一方面，温度的升高也会导致少量硫酸因挥发而损失。锌损失率由1.51%缓慢降至1.27%，变化幅度不大。综上所述，反应温度对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响不大。为保证较高的除铝率与较低的锌损失率，后续实验的反应温度取80 ℃。

2.2 反应时间对除铝的影响

图2 反应时间对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响

从图2可知，随着反应时间由30 min逐步延长至180 min，除铝率逐渐升高，在120 min时达到最大值(83.96%)后逐步降低，这是因为开始时反应时间不足，随着反应时间的延长，反应逐步达到完全，除铝率逐步升高；待反应完全后，继续延长反应时间，生成的NH4Al(SO4)2复合盐部分返溶导致除铝率下降。硫酸损失率与除铝率变化趋势一致。随着反应时间的延长，锌损失率呈下降趋势；反应时间大于90 min后，锌损失率基本无变化，此时，锌的损失基本是由于NH4Al(SO4)2复合盐夹带的溶液损失。综上，反应时间选取120 min为宜。

2.3 NH+/Al3+摩尔比对除铝的影响

图摩尔比对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响

2.4 冷却终点温度对除铝的影响

图4 冷却终点温度对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响

从图4可知，冷却终点温度由20 ℃升至45 ℃，除铝率由83.66%降至74.89%，而硫酸损失率为63.57%～64.67%，变化幅度很小，二者变化趋势不再一致，这表明冷却终点温度对除铝率影响较大，对硫酸损失率影响较小，这是因为NH4Al(SO4)2复合盐在溶液中的溶解度随温度上升而增大所致。锌损失率保持在0.51%～0.72%，变化范围亦较小。综上，兼顾除铝率与锌损失率的同时，为不降温过多，选取冷却终点温度为25 ℃作为后续实验条件。

2.5 冷却时间对除铝的影响

图5 冷却时间对除铝率、锌损失率与硫酸损失率的影响

从图5可知，冷却时间由10 min增加至60 min，除铝率由79.17%逐步提升至83.56%，硫酸损失率由61.33%升高至64.67%，二者变化趋势一致；锌损失率为0.51%～0.61%，波动较小。由此可见，冷却时间的增加在一定范围内有利于除铝率的提高。综上所述，在保证除铝效果的同时兼顾除铝效率，冷却时间选取为30 min。

3 生产实践

3.1 液固分离设备的选择

在生产实践中,无需任何添加剂，除铝矿浆便具有良好的过滤性能和沉降性能。液固分离可使用压滤机和离心机对除铝矿浆进行。压滤机处理量小，压滤渣含水率较高，有价金属锌损失率较大，难以满足除铝矿浆的液固分离需求；离心机滤渣含水率低，有价金属锌损失率小，能够满足除铝矿浆的液固分离需求，但滤液含固量较高，需重复过滤。综上所述，选择离心机作为除铝矿浆的液固分离设备，工艺流程如图6所示。

图6 除铝工艺流程图

3.2 工艺条件控制

从表2～表4可知，在生产实践中使用硫酸铵能较好去除高铝硫酸锌酸性溶液中的铝，所得除铝后液中的铝含量显著降低，除铝渣铝含量高，锌含量低。

表2 除铝前液主要成分 g/L

表3 除铝后液主要成分 g/L

表4 除铝渣主要成分 %

4 结论