湿法炼锌浸出沉铁探讨
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锌浸出沉铁的现状
我厂株冶现流程是典型的常规浸出法，硫酸锌
溶液中的杂质砷、 锑和锗对电锌极为有害， 它既影响 电流效率（ 烧板） 、 又恶化电解的操作。 我厂一般是在 中和除铁时控制铁量即可完成从溶液中除去砷、 锑、 锗， 要求溶液中有足够的铁量。溶液含 ’( 量是砷量 是锑量的 !; 6 ,; 倍， 当溶液中铁量不足 #; 6 !; 倍， 时， 添加青矾或采用高温高酸浸出。但是， 铁量不宜 使下道工 过多， 否则将会产生大量的 ’( 7 /0 8 ) 胶体， 序的澄清、过滤发生困难。 综上所述，生产中一般 以 ’( 全 、 ’(! % 及 <= 在冲矿液中的浓度来作为控制标 准， 指导生产， 相应改变浸出的技术条件以适应工艺 过程的变化， 冲矿液中要求 （ ： > : ?） ’(;- 9 6 !- ;； ’(! % 表 # 为我厂 !;;# 年 #; 月 !" 6 !A @ ;- #； <= @ ;- #。 日的浸出冲矿液含 ’( 全 、’(! % 及中上清含 ’( 的一些 统计数据。 我厂现对处理高铁矿能力不强，有时因为液固 分离困难， 影响整个生产的正常进行， 如锌 " 系统经 常出现中清含 ’( 高， 有时近达 ;- ;"; > : B 以上， 波动 性较大， 造成净化压滤困难、 干燥窖结渣严重， 影响 新液产量和质量。 7 下转第 ," 页 8
第F期
王仁芳： 中央空调系统化学清洗及水质稳定处理
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第 $) 卷第 $ 期 !%%! 年 ! 月
湖南有色金属
3AB*B B2B(CDD2A6 ;C’*E6
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湿法炼锌浸出沉铁探讨
邓志明， 周正华
（ 株洲冶炼， 湖南 株洲 摘 #$!%%# ）
要 & 介绍了湿法炼锌的常规浸出法、 黄钾铁矾法、 针铁矿法沉铁热力学、 动力学条件， 以及提高湿
法炼锌浸出沉铁速度和沉铁效果的影响因素， 并结合株冶浸出厂沉铁的现状， 提出应采取的措施。 关键词 & 湿法炼锌； 沉铁； 常规法浸出； 黄钾铁矾； 针铁矿 中图分类号& ’()$" 文献标识码 & * 文章编号 & $%%" + ,,#% （ !%%! ） %$ + %%!" + %"
种溶解度较低的复盐，其形成主要是因为 ()% 0 离子 极化能力强，离子半径小，能与 .! , 络合成络合分 子，进而与 ’ 等形成络合物，从图 ! 和图 % 可以看
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前
言
解的酸度远高于锌的水解平衡数值，因而在 (4" : 水 解的同时， 不会有氢氧化锌从溶液中析出。 而 (4! : 水 解要在较高 93 值下进行， 氢氧化锌同时水解进入渣 中， 无法实现铁与锌的分离。基于此， 浸出液在中和 水解前必须将 (4! : 氧化为 (4" : ，因为软锰矿价格低 廉且锰的水解 93 值比锌高， 在中和沉铁过程中也不 会受到影响，而且浸出过程中加入的软锰矿和高锰 酸钾在电解过程中能够得到再生循环利用。
反应方程式如下： ’( 氧化成 ’( ，
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针铁矿的溶解度曲线 （ !" 4 ） 动力学分析
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在不同条件下铁矾沉淀曲线
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针铁矿法沉铁
热力学分析 根据分析， 针铁矿属于无机高聚物的范畴， 用分
子式 ! . ’(//0 所表示的单体实际上并不独立存 在。因而针铁矿表达式应为 1 ! . ’(//0 2 3， 其中 3 是 一个较大的数值， 从图 + 知针铁矿溶解度曲线可知， 在温度为 !" 4 时，针铁矿在 50 值为 , 时溶解度降 低到最低，所以在工业生产中为了使产生的针铁矿 不复溶，50 值应控制在 , 6 "，但是 ’() % 在 50 值为 到 50 值为 , 或 " #- " 时已开始形成 ’( 7 /0 8 ) 胶体， 时， 将得不到针铁矿或者很少量， 在工业生产上需把 需控制 ’( 先还原为 ’( ， ’( 的水解 50 值均为 9， !% 50 值在 , 6 "，把 ’( 进一步在高压釜中用 /! 使
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矾的析出速度。 当其它技术条件不变时， 我国某厂测 得沉铁速度和温度关系见图 "。
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影响因素 影响黄钾铁矾法沉铁的因素很多，其中最主要 图" 黄钾铁矾法的沉铁速度与温度的关系图
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的是溶液的酸度， 析出时的温度， 一价阳离子种类浓 度和是否加入晶种等。现分别讨论如下。 %& !& # 酸 度 黄钾铁矾的离解反应如下式： ’()% * +," - ! * ,. - / 6 ’ 0 0 %()% 0 0 !+,"! 5 0 /,. 5 溶度积 ’ 6 7 ’ 0 8 ・ 7 ()% 0 8 % ・ 7 +,"! 5 8 ! ・ 7 ,. 5 8 / 从以上的关系式中可知， ,. 5 离子浓度具有最 高的方次式为 /， 所以溶液酸度的变化能够强烈地改 变铁离子的平衡浓度。当 9. 值高时， ()% 0 离子浓度 减少较多， 所以为了尽可能地降低溶液的铁含量， 必 须使黄钾铁矾的析出过程在较低酸度下进行，工业 生产流程在热酸浸出之后，专门设置了一个预中和 %& !& %
目前，随着矿产资源的开发，矿产资源日趋短 缺。在国内外工业锌精矿中， 铁的含量普遍很高， 大 多数情况下铁含量都接近于 $%- ，所以在湿法炼锌 浸出过程中沉铁效果对锌浸出率的提高和改善过滤 性能都有很大的影响。 湿法炼锌沉铁的方法很多， 有 常规浸出法、 黄钾铁矾法、 针铁矿法、 赤铁矿法、 局部 焙烧法 + 亚硫酸盐沉淀、 磷酸盐法等等， 由于篇幅有 限， 在这里就只将常规浸出法、 黄钾铁矾法以及针铁 矿法沉铁过程加以论述。
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常规浸出法沉铁
高铁离子半径为 %. /01， 其离子电位很高， 极化
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能力强，能和溶液中的 23 + 结合，形成难溶的 (4 （ 23）"，析出的 (4（ 23）" 一般成胶体存在，给液固 分离造成困难，在工业生产中需加入助凝剂。虽然 但 (4（ (4（ 23） 23） 67、 84 " 胶体难以凝聚， " 能和 *5、 的水解产物形成其沉淀，能有效地降低中上清 *5、 67、84 含量，所以在这几种浸出法中都有中浸这一 段，我们可以降低酸性上清含铁来抑制系统铁的循 环， 减少中浸胶体的形成。 在浸出条件下， 焙砂中的铁可进入溶液， 溶液中 含 (4 等杂质浓度太高不符合电解工艺的要求， 因此 必须在浸出后期将它们除去。 从 (4 + 3! 2 的电位 93 图 （ 图 $）中可以看出， 而 (4 可 (4 只有在较高的 93 值下才会发生水解， 以在较低的 93 值下水解沉淀入渣分离出去， (4" : 水
第#期
邓志明， 等： 湿法炼锌浸出沉铁探讨
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换等， 由于这是一个复杂的气液相反应， 是整个沉铁 过程的控制环节。提高反应速度有以下几条措施： #- 提高氧分子的浓度或分压。如利用压缩空气 并控制整个氧化过程在较高压力下进行。 利用各种触媒来降低 /! 分子裂 !- 采用催化剂， 解为氧原子反应的活化能， 目前， 工业生产中除铁普 遍使用二价铜离子， 在铜离子的催化作用下， 反应速 度增大十几倍。 )- 提高温度，能增大化学反应速度，它在提高 用空气氧化亚铁离子的反应速度方面有明显的作 用。 在湿法冶金中， 利用升温来增大氧化速率显然是 有限度的，因为超过溶液的沸点，就要采用高压设 备。 另外， 温度的升高还将减小溶液中 /! 平衡浓度， 这对反应速度是不利的。 从以上叙述可知，在每一种沉铁过程中都不止 形成一种沉淀物， 例如， 在常规浸出沉铁过程中， 在 也会有少量类针铁砂的形成， ’( 7 /0 8 ) 形成的同时， 这对后面的液固分离有正面影响。 在针铁矿、 黄钾铁 矾的形成过程中会有 ’( 7 /0 8 ) 胶体形成， 只有控制 好技术条件才能减少其生成。
作者简介 & 邓志明 （ ， 男， 助工。 $F/0 + ）
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湖南有色金属
第 #$ 卷
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黄钾铁矾法沉铁
黄钾铁矾形成物相分析 它是一 黄钾铁矾的分子式是 ’()% * +," - ! * ,. - / ，
工序，使溶液的酸度从 %4 : /4 ; < = 下降到 #4 ; < = 左 右，然后再加氨水和焙砂控制沉铁过程在 9. 值为 会有 () * ,. - % 胶体产生， #& 2 左右进行。9. 值过高， 溶液中 ()% 0 离子含量较高， 达 影响压滤； 9. 值过低， 不到沉铁效果。 %& !& ! 温 度 由于黄钾铁矾在酸中的溶解是一个放热反应， 所以提高温度可以减少黄钾铁矾的溶解，对黄钾铁 矾的析出是非常有利的。 黄钾铁矾的生成反应如下： ’! +," 0 %()! * +," - % 0 #!.! ,, !’()% * +," - ! * ,. - / + 0 /.! +," 目前， 黄钾铁矾的析出温度一般控制在 >2 3 。 如采用高压釜沉铁，将沉铁温度提高到 #24 3 : 这时， 平衡液相的铁含量会随着温度的升高 !44 3 ， 而显著降低，并且溶解度随酸度的改变而变化的幅 度也会大大下降。 因此， 这种情况下可以允许适当提 高沉铁过程的酸度， 减少 () * ,. - % 胶体生成。 温度的提高，在动力学上讲有利于提高黄钾铁
一价阳离子种类和浓度
0 0 0 溶液中常见一价阳离子有 ’ ，?@ ，?." 以及
. 0 ，由于 . 0 的水化能力强，水压分子大，在成矾能 力上远不如 ’ 0 ，?@ 0 ，?." 0 ，因此工业上常用 ’ 0 ， ?@ 0 ， ?." 0 等盐类作为成矾一价阳离子。 从黄钾铁矾的离解溶度积表达式可知，碱金属 离子的浓度方次仅为 #， 因而它的变化不会给溶液中 的高铁浓度带来多大的影响。一般理论量为 ’ 0 A () % 0 6 #A % ，一价阳离子浓度对沉铁的影响如图 2 所示。
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锌浸出沉铁的现状
我厂株冶现流程是典型的常规浸出法，硫酸锌
溶液中的杂质砷、 锑和锗对电锌极为有害， 它既影响 电流效率（ 烧板） 、 又恶化电解的操作。 我厂一般是在 中和除铁时控制铁量即可完成从溶液中除去砷、 锑、 锗， 要求溶液中有足够的铁量。溶液含 ’( 量是砷量 是锑量的 !; 6 ,; 倍， 当溶液中铁量不足 #; 6 !; 倍， 时， 添加青矾或采用高温高酸浸出。但是， 铁量不宜 使下道工 过多， 否则将会产生大量的 ’( 7 /0 8 ) 胶体， 序的澄清、过滤发生困难。 综上所述，生产中一般 以 ’( 全 、 ’(! % 及 <= 在冲矿液中的浓度来作为控制标 准， 指导生产， 相应改变浸出的技术条件以适应工艺 过程的变化， 冲矿液中要求 （ ： > : ?） ’(;- 9 6 !- ;； ’(! % 表 # 为我厂 !;;# 年 #; 月 !" 6 !A @ ;- #； <= @ ;- #。 日的浸出冲矿液含 ’( 全 、’(! % 及中上清含 ’( 的一些 统计数据。 我厂现对处理高铁矿能力不强，有时因为液固 分离困难， 影响整个生产的正常进行， 如锌 " 系统经 常出现中清含 ’( 高， 有时近达 ;- ;"; > : B 以上， 波动 性较大， 造成净化压滤困难、 干燥窖结渣严重， 影响 新液产量和质量。 7 下转第 ," 页 8
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湿法炼锌浸出沉铁探讨
邓志明， 周正华
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法炼锌浸出沉铁速度和沉铁效果的影响因素， 并结合株冶浸出厂沉铁的现状， 提出应采取的措施。 关键词 & 湿法炼锌； 沉铁； 常规法浸出； 黄钾铁矾； 针铁矿 中图分类号& ’()$" 文献标识码 & * 文章编号 & $%%" + ,,#% （ !%%! ） %$ + %%!" + %"
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解的酸度远高于锌的水解平衡数值，因而在 (4" : 水 解的同时， 不会有氢氧化锌从溶液中析出。 而 (4! : 水 解要在较高 93 值下进行， 氢氧化锌同时水解进入渣 中， 无法实现铁与锌的分离。基于此， 浸出液在中和 水解前必须将 (4! : 氧化为 (4" : ，因为软锰矿价格低 廉且锰的水解 93 值比锌高， 在中和沉铁过程中也不 会受到影响，而且浸出过程中加入的软锰矿和高锰 酸钾在电解过程中能够得到再生循环利用。
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在不同条件下铁矾沉淀曲线
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针铁矿法沉铁
热力学分析 根据分析， 针铁矿属于无机高聚物的范畴， 用分
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影响因素 影响黄钾铁矾法沉铁的因素很多，其中最主要 图" 黄钾铁矾法的沉铁速度与温度的关系图
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的是溶液的酸度， 析出时的温度， 一价阳离子种类浓 度和是否加入晶种等。现分别讨论如下。 %& !& # 酸 度 黄钾铁矾的离解反应如下式： ’()% * +," - ! * ,. - / 6 ’ 0 0 %()% 0 0 !+,"! 5 0 /,. 5 溶度积 ’ 6 7 ’ 0 8 ・ 7 ()% 0 8 % ・ 7 +,"! 5 8 ! ・ 7 ,. 5 8 / 从以上的关系式中可知， ,. 5 离子浓度具有最 高的方次式为 /， 所以溶液酸度的变化能够强烈地改 变铁离子的平衡浓度。当 9. 值高时， ()% 0 离子浓度 减少较多， 所以为了尽可能地降低溶液的铁含量， 必 须使黄钾铁矾的析出过程在较低酸度下进行，工业 生产流程在热酸浸出之后，专门设置了一个预中和 %& !& %
目前，随着矿产资源的开发，矿产资源日趋短 缺。在国内外工业锌精矿中， 铁的含量普遍很高， 大 多数情况下铁含量都接近于 $%- ，所以在湿法炼锌 浸出过程中沉铁效果对锌浸出率的提高和改善过滤 性能都有很大的影响。 湿法炼锌沉铁的方法很多， 有 常规浸出法、 黄钾铁矾法、 针铁矿法、 赤铁矿法、 局部 焙烧法 + 亚硫酸盐沉淀、 磷酸盐法等等， 由于篇幅有 限， 在这里就只将常规浸出法、 黄钾铁矾法以及针铁 矿法沉铁过程加以论述。
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常规浸出法沉铁
高铁离子半径为 %. /01， 其离子电位很高， 极化
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能力强，能和溶液中的 23 + 结合，形成难溶的 (4 （ 23）"，析出的 (4（ 23）" 一般成胶体存在，给液固 分离造成困难，在工业生产中需加入助凝剂。虽然 但 (4（ (4（ 23） 23） 67、 84 " 胶体难以凝聚， " 能和 *5、 的水解产物形成其沉淀，能有效地降低中上清 *5、 67、84 含量，所以在这几种浸出法中都有中浸这一 段，我们可以降低酸性上清含铁来抑制系统铁的循 环， 减少中浸胶体的形成。 在浸出条件下， 焙砂中的铁可进入溶液， 溶液中 含 (4 等杂质浓度太高不符合电解工艺的要求， 因此 必须在浸出后期将它们除去。 从 (4 + 3! 2 的电位 93 图 （ 图 $）中可以看出， 而 (4 可 (4 只有在较高的 93 值下才会发生水解， 以在较低的 93 值下水解沉淀入渣分离出去， (4" : 水
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换等， 由于这是一个复杂的气液相反应， 是整个沉铁 过程的控制环节。提高反应速度有以下几条措施： #- 提高氧分子的浓度或分压。如利用压缩空气 并控制整个氧化过程在较高压力下进行。 利用各种触媒来降低 /! 分子裂 !- 采用催化剂， 解为氧原子反应的活化能， 目前， 工业生产中除铁普 遍使用二价铜离子， 在铜离子的催化作用下， 反应速 度增大十几倍。 )- 提高温度，能增大化学反应速度，它在提高 用空气氧化亚铁离子的反应速度方面有明显的作 用。 在湿法冶金中， 利用升温来增大氧化速率显然是 有限度的，因为超过溶液的沸点，就要采用高压设 备。 另外， 温度的升高还将减小溶液中 /! 平衡浓度， 这对反应速度是不利的。 从以上叙述可知，在每一种沉铁过程中都不止 形成一种沉淀物， 例如， 在常规浸出沉铁过程中， 在 也会有少量类针铁砂的形成， ’( 7 /0 8 ) 形成的同时， 这对后面的液固分离有正面影响。 在针铁矿、 黄钾铁 矾的形成过程中会有 ’( 7 /0 8 ) 胶体形成， 只有控制 好技术条件才能减少其生成。
作者简介 & 邓志明 （ ， 男， 助工。 $F/0 + ）
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黄钾铁矾法沉铁
黄钾铁矾形成物相分析 它是一 黄钾铁矾的分子式是 ’()% * +," - ! * ,. - / ，
工序，使溶液的酸度从 %4 : /4 ; < = 下降到 #4 ; < = 左 右，然后再加氨水和焙砂控制沉铁过程在 9. 值为 会有 () * ,. - % 胶体产生， #& 2 左右进行。9. 值过高， 溶液中 ()% 0 离子含量较高， 达 影响压滤； 9. 值过低， 不到沉铁效果。 %& !& ! 温 度 由于黄钾铁矾在酸中的溶解是一个放热反应， 所以提高温度可以减少黄钾铁矾的溶解，对黄钾铁 矾的析出是非常有利的。 黄钾铁矾的生成反应如下： ’! +," 0 %()! * +," - % 0 #!.! ,, !’()% * +," - ! * ,. - / + 0 /.! +," 目前， 黄钾铁矾的析出温度一般控制在 >2 3 。 如采用高压釜沉铁，将沉铁温度提高到 #24 3 : 这时， 平衡液相的铁含量会随着温度的升高 !44 3 ， 而显著降低，并且溶解度随酸度的改变而变化的幅 度也会大大下降。 因此， 这种情况下可以允许适当提 高沉铁过程的酸度， 减少 () * ,. - % 胶体生成。 温度的提高，在动力学上讲有利于提高黄钾铁
一价阳离子种类和浓度
0 0 0 溶液中常见一价阳离子有 ’ ，?@ ，?." 以及
. 0 ，由于 . 0 的水化能力强，水压分子大，在成矾能 力上远不如 ’ 0 ，?@ 0 ，?." 0 ，因此工业上常用 ’ 0 ， ?@ 0 ， ?." 0 等盐类作为成矾一价阳离子。 从黄钾铁矾的离解溶度积表达式可知，碱金属 离子的浓度方次仅为 #， 因而它的变化不会给溶液中 的高铁浓度带来多大的影响。一般理论量为 ’ 0 A () % 0 6 #A % ，一价阳离子浓度对沉铁的影响如图 2 所示。