湿法炼锌净化工艺的选择

湿法炼锌净化工艺的选择

广西来宾冶炼厂锌冶炼系统年产电锌3万t,为传统的湿法工艺流程,即:锌精矿-沸腾焙烧-焙砂硫酸浸出*浸出液净化—净化液电积—电锌。2002 年3月开始技术改造扩建工程，使得电锌产量达到了年产6万t,在技术改造过程中，最关键的净化工艺拟采用三段连续净化取代改造前的两段间断净化。因此，该工艺在生产中无论在设备上装置上还是在工艺操作中都引入了许多先进高效和适用的技术,有利于降低劳动强度、提高产率并实现生产过程的自动化控制。

1净化过程基本原理

1.1净化方法

净化过程是根据硫酸锌浸出液中不同的杂质及其含量，大多采用锌粉置换和加特殊试剂化学沉淀的方法将溶液中杂质除去。工厂根据锌焙砂中性浸出上清液的特点，选择釆用加锌粉置换的逆歸净化方法。

1.2置换原理

置换是一种氧化还原反应，置换的热力学过程可用金属活泼性的大小或电子得失的难易等来定性描述，中性浸出上清液锌粉置换反应为：

MeSO4 + Zn = Z11SO4 + Me I

置换过程中金属的平衡电位如表1所示。

表1置换过程中金属的平衡电位(298 K) V

电极反应E°E平衡

Zn2* +2e=Zn■0.763-0.752(150 g/L)

Cd2* +2e=Cd-0.403-0.752(2xl0-7mg/L)

Cu2+ +2e= Cu+ 0.337-0.752(3.18x 10-35 mg/L)

Co2+ +2e=Co-0.227-0.752(5 x IQ-12 mg/L)

Ni2+ +2e=Ni-0.250-0.752( 1.5x 10-17 mg/L)

SbH3 = Sb+3H+ +3e+ 0.510+ 0.752(pH = 4, Pgb% = 202.65 Pa)

A S H3 = As+ 3H*

+3e+ 0.600+0.752(P H=4,P A1H3 = 202.65 Pa)

置换的动力学过程的反应机理:加入的锌粉作为微电池的阳极溶入液相,在那里发生水化作用，继而向溶液深处扩散并参与溶液的对流运动。

2三段连续净化工艺

2.1 一段锌粉置换除铜镉

一段净化过程为锌粉置换除铜和镉，操作温度在40 ~ 50Y,机械搅拌,反应原理为：

Zn + C11SO4 = Z11SO4 + Cu 寸

Zn + CdSOq = Z11SO4 + Cd 1

由表1可知，在理论上加锌粉置换除Cu、Cd是可行的。但在实际生产中,一段除Cu、Cd 后,置换下来的Cd会有复溶现象产生，引起复溶的主要原因一般认为有两个:其一是化学溶

解，置换下来的金属与溶解在溶液中的空气接触,导致了镉的氧化溶解，且温度越高氧化溶解的速度越快，主要化学反应是：

2Cd + 02 = 2CdO

CdO + H2SO4 = CdSO4 + H20

其二是电化学溶解，溶液中具有比镉电极电位更正的金属离子（如Cu、Fe）导致镉的电化学溶解，其主要反应是：

Cd + Cu2+ = Cd2+ + Cu

Cd + 2Fe3+ =Cd2+ +2Fe2+

另外，在生产实践中,有的厂家在除Cu、Cd过程中,需加入适当的CuS04,这是为了强化锌粉对镉的置换作用，当溶液中[Cu2+]：[Cd2+] = l：3时，除镉的效果最佳，经过一段净化除Cu、Cd后，新液的铜镉含量基本可以达到电解的要求。

2.2二段铺盐高温除碑、锋、钻

除铜镉后的一段净化液含有碑、钟、钻等，需要进一步处理除杂，即将溶液温度升至80 - 90 加镣盐（锌粉活化剂Sb2（）3）,机械搅拌,反应原理为：

As + 3H+ +3e = AsH3 f Sb + 3H+ +3e=SbH3 f Zn + Co2+ = Zn2+ + Co I 由表1同样可知，在理论上加锌粉置换除As、Sb 是可行的,但在除Co时，有文献表明，因为Co属于过渡元素中的铁元素，它在溶液中析出时有超电压现象发生,而且温度越低，相应的析出超电压越大；同时，在pH = 5~5.4的中性溶液中，氢在钻上的析出电位约为-0.5-0.6 V,由于I碇I v I砖I,将使C°2,置换无法进行;当加入锌粉时，置换反应发生在锌和氢之间，即锌粉进行简单的溶解。因而，要使置换除钻正常进行，就需要加入特殊的试剂SbzCh，当加入Sb2O3禅盐时，锌粉将更正的歸离子置换出来,此时歸与钻之间形成一系列金属化合物，如CoSb.CoSbz等。由于氢在镑上的超电压较高，从而抑制了氢离子放电，这些金属化合物与锌粉颗粒组成微电池，钻将得到电子而析出。

温度和离子浓度对Ezn和Ec•的影响列于表2。由表2可知，随着温度的升高,IE Zn l和IE S I 都减少，且IE/I减少的比例远大于lEz」减少的比例, 使lEznl与lEcJ的差值随温度的升高而增大，有利于锌粉除C。,所以应该保持高温。另外，随离子浓度的降低I Ezn I与I Eco I的值都增加,所以当中上清中的锌离子愈高，而要达到深度净化除钻，这个过程就会愈难进行。因此，综合溶液的温度、离子浓度和形成微电池的阴极金属对析出电位的影响，除Co 必须在高温（80 Y以上）和添加锌粉活化剂的反应过程中,才能使溶液达到深度净化。

表2温度和离子浓度对Ezn和E&的影响

电极离子浓度

/g'L-1

E/N

25 r50 r75 Y

2.9-0.769-0.750-0.730

Zn /Zn 1.53-0.800-0.780-0.747

0.5-0.510-0.420-0.346

Co2*/Co 3.4 x-0.75—0.58 ~-0.45 -

IO4以上-0.52-0.40

2.3三段适温除残镉

经过一段和二段净化后,溶液中Cu、Cd、As、Sb、Co已经基本达到新液的要求,但为了进一步消除镉对新液质量的影响，第三段可以采取适温加锌粉除复溶镉，反应原理为：

Zn + CdS（）4 = Z11SO4 + Cd I

3来宾冶炼厂工艺

3.1中上清含貴