濕法煉鋅凈化除鈷實驗研究及實踐

李世祿,王正民,朱 軍,李 欣

(1.陜西鋅業公司,陜西商洛 726007;2.西安建筑科技大學,陜西西安 710055)

濕法煉鋅凈化除鈷實驗研究及實踐

李世祿1,王正民1,朱 軍2,李 欣2

(1.陜西鋅業公司,陜西商洛 726007;2.西安建筑科技大學,陜西西安 710055)

通過對傳統的鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝改進實驗研究,在高溫鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝過程添加適量Cu2+,可將中性上清液里的高鈷除到要求含量,為鋅電解提供合格新電解液。此方法用于實際生產中,取得了較好的效果。

濕法煉鋅;凈化;除鈷

在濕法煉鋅過程中,中性上清液中含有的Cu2+、Cd2+、Ni2+、Co2+和 Fe、As、Sb等雜質會影響鋅電解過程。這些雜質元素必須除去。合格電解液成分要求:[Cu2+]≤0.000 3 g/L、[Cd2+]≤0.002 g/L、[Ni2+]≤0.0015 g/L、[Co2+]≤0.001 5 g/L、[Fe]≤0.01 g/L、[As]+[Sb]≤0.000 5 g/L。

目前采用的凈化除鈷工藝有:一段低溫鋅粉除銅鎘,二段高溫鋅粉-銻鹽除鈷鎳工藝;一段低溫鋅粉除銅鎘,二段低溫鋅粉-砷鹽除鈷鎳工藝;一段高溫鋅粉-銻鹽除銅鈷鎳,二段低溫鋅粉除鎘等凈化工藝。

工業生產時當中性上清液中[Co2+]≥0.002 g/L時,采用的凈化除鈷工藝為:一段低溫鋅粉除銅鎘鎳,二段黃藥除鈷工藝;一段低溫鋅粉除銅鎘,二段B-萘酚除鈷工藝等。黃藥凈化除鈷工藝與B-萘酚除鈷工藝相比生產成本低,但產生的黃酸根對人體有害,嚴重污染環境,且殘留的有機物會引起電解“燒板”,降低了電流效率;B-萘酚除鈷工藝不但生產成本高,而且有機物也引起電解“燒板”,從廢渣中回收鈷難度大,成本高,對環境污染嚴重。因此,研究經濟環保的中性上清液除鈷工藝,是濕法煉鋅的關鍵課題之一,對生產過程具有重要的意義。

1 實驗研究

1.1 實驗原理

依據鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝過程的熱力學理論,Co2+/Co電位-0.267 V、Cu2+/Cu電位+0.337 V、Zn2+/Zn電位-0.763 V,凈化除鈷時,置換出的單質鈷附著在未反應的鋅粉上或被鋅粉置換出的單質銅上,由還原電極電位可以看到,鈷在銅上析出的電位為+0.22 V,大且為正值,而在鋅上析出的電位為-0.35 V,小且為負值,所以,在鋅粉-銻鹽凈化除鈷過程給溶液中添加適量Cu2+可以提高Co2+的析出電位,有利于鈷的凈化除去。另外,溶液中含有少量的銻,作為凈化過程的活化劑,可有效提高Co2+析出電位,且析出的Co與Sb易形成的CoSb和CoSb2降低了 Co析出超電壓,更有利于 Co2+的除去。

1.2 實驗方法

本次實驗在傳統鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝基礎上,通過在含鈷溶液中添加不同量Cu2+,實驗研究除鈷效果。

1.2.1 實驗設備及材料

本次實驗在容積為5L燒杯中進行,采用機械攪拌。所用液體為一次鋅粉凈后液。成份為/mg·L-1: Cu2+1.5～2.5、Cd2+35～45、Co2+35～45、Sb2+0.28～0.40;鋅粉為電爐鋅粉,有效鋅含量為 95%、Pb2.15%;粒度分布為:80目篩下占80%～85%、100目篩下占45%～55%;銻鹽為銻白粉,Sb2O3含量為95.6%,Fe、As含量合格;添加Cu2+為化學純硫酸銅水溶液;加熱設備為電熱板。

采用極普儀聯測法測定液體試樣中的Cu、Cd、Co含量,再用比色法測定試樣中的Sb含量。

1.2.2 實驗及結果

采用鋅粉-銻鹽凈化工藝的實驗條件為:溫度80～85℃、反應時間70～75 min、加入鋅粉量6.0 g/L、Sb2O32.0～2.5 g/L,實驗分甲乙丙三組進行,實驗結果列于表1、表2、表3。

表1 甲組實驗結果 mg/L

表2 乙組實驗結果 mg/L

表3 丙組實驗結果 mg/L

由甲乙丙三組12次的實驗結果可知:采用鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝,鋅粉凈化前,先加入CuSO4溶液,將溶液中Cu2+調整到3～12 mg/L,在溫度為80～85℃、反應時間為70～75 min、加入鋅粉6.0 g/L, Sb2O32.0～2.5 g/L的條件下,液體中的Co2+可凈化除到1.5 mg/L以下,滿足鋅電解新液指標要求。

2 生產實踐

某年產12萬t電鋅的冶煉廠,在10～12月份應用該工藝進行高鈷液體凈化除鈷生產實踐,被凈化液體成份為/mg·L-1:Cu2+3.0～6.5、Cd2+35～68、Co2+45～60、Sb2+0.28～0.40,日處理液體4 100～ 4 200 m3,連續運行三個月,除鈷后液Co2+含量穩定在12 mg/L以內,均達到鋅電解所需液體質量標準,具體列于表4。電解工序生產穩定,析出鋅產量、質量、電流效率等指標均達到國內先進水平。

表4 10～12月份凈化實際生產情況一覽表mg/L

3 結 論

經過實驗研究和工廠生產實踐表明,在傳統的鋅粉-銻鹽凈化除鈷工藝基礎上,提高在凈化過程添加適量Cu2+,使被凈化液體Cu2+保持在3.0～6.5 mg/L,在溫度為80～85℃、反應時間為70～75 min、鋅粉加入量為6.0 g/L、加入 Sb2O3為2.0～2.5 g/L的條件下,可以將Co2+凈化除到1.5 mg/L以下,滿足鋅電解新液指標要求,符合工廠實際,值得推廣應用。

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Experimental Study and Practice on the Process of Removing Cobalt for Zinc Hydrometallurgy

LI Shi-lu1,WANG Zheng-min1,ZHU Jun2,LI Xin2
(1.Shanxi Zinc Industry Company,Shangluo726007,China;2.University of A rchitecture and Technology,Xi’an710055,China)

Experimental study has been made on improving the traditional process of removing cobalt by zinc-antimony salt.By adding appropriate Cu2+in the process under high-temperature,the high cobalt in neutral supernatant can be removed to meet the qualification,providing qualified new electrolyte for zinc electrolysis,which can achieve good results in the actual production.

zinc hydrometallurgy;purification;cobalt removal

TF111.3

A

1003-5540(2010)02-0025-02

李世祿(1951-),男,高級工程師,主要從事選冶技術與管理工作。

2010-01-11