湿法炼锌锑盐除钴工艺的研究.pdf

4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 9 ．0 0 2 湿法炼锌锑盐除钻工艺的研究 姜艳1 ，谢刚2，肖锐敏1 ，李自静1 ，孙丽达1 ，黄笃树 1 ．红河学院理学院，云南蒙自6 6 1 1 0 0 ；2 ．云南冶金集团股份有限公司技术中心，昆明6 5 0 0 3 1 摘要采用三氧化二锑对湿法炼锌的硫酸锌溶液进行净化除钴。考察锌粉用量、三氧化二锑用量、锌粉 粒度、搅拌速度、温度、时间等对净化除钴效果的影响。结果表明，细粒度锌粉和强烈搅拌除钴效果较 好，在合适的温度和时间下也能达到净化要求。最优除钻工艺条件为三氧化二锑3m g ／L ，锌粉2g ／L ， 锌粉粒度0 ．0 7 4 t 0 ．0 5 0m m ，搅拌转速3 0 0r ／m i n ，温度8 5 ℃和时间9 0r a i n 。 关键词湿法炼锌；三氧化二锑；除钴；净化 中图分类号T F 8 1 3 ；T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 9 0 0 0 4 ～0 3 J I A N GY a n l ， S t u d yo nC o b a l tR e m o v a lw i t hA n t i m o n y T r i o x i d ei nZ i n cH y d r o m e t a l l u r g y X I EG a n 9 2 ，X I A OR u i m i n l ，L IZ i j i n 9 1 ，S U NL i d a l ，H U A N GD u s h u l 1 ．S c i e n c eC o l l e g e ，H o n g h eU n i v e r s i t y ，M e n g z i6 6 1 1 0 0 ，Y u n n a n ，C h i n a ； 2 ．T e c h n i q u eC e n t e r ，Y u n n a nM e t a l l u r g yC o ．，L t d ．，K u n m i n g6 5 0 0 3 l ，C h i n a A b s t r a c t C o b a l ti nz i n cs u l f a t es o l u t i o nf r o mz i n ch y d r o m e t a l l u r g yw a sp u r i f i e dw i t ha n t i m o n yt r i o x i d e ． T h ee f f e c t so fd o s a g eo fz i n cp o w d e ra n da n t i m o n yt r i o x i d e ，p a r t i c l es i z eo fz i n cp o w d e r ，s t i r r i n gr a t e ，t e r n p e r a t u r e ．a n dt i m eo nc o b a l tr e m o v a lw e r ee x a m i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tg o o dc o b a l tr e m o v a le f f e c tc a n b ea c h i e v e dw i t hf i n e g r a i n e dz i n cp o w d e rb ys t r o n gm i x i n ga n dp u r i f i c a t i o nr e q u i r e m e n t sc a nb em e ti na p p r o p r i a t et e m p e r a t u r ea n dt i m e ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rc o b a l tr e m o v a li n c l u d ed o s a g eo fS b 20 3o f 3m g ／L ，d o s a g eo fz i n cp o w d e ro f2g ／L ，z i n cp o w d e rp a r t i c l es i z eo f0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0m m ，s t i r r i n gr a t eo f 3 0 0r ／m i n ．t e m p e r a t u r eo f8 5 ℃a n dt i m eo f9 0r a i n ． K e yw o r d s z i n ch y d r o m e t a l l u r g y ；a n t i m o n yt r i o x i d e ；c o b a l tr e m o v a l ；p u r i f i c a t i o n 目前湿法炼锌产量占锌总产量的8 5 ％～ 9 0 ％[ 1 ] ，采用的工序主要是焙烧一浸出一净化一电 积一熔铸。溶液净化的目的是除去铜、镉、镍、钴等 杂质[ 2 ] ，其中，用锌粉置换较易除去铜和镉，而钴和 镍却很难除去。目前，除钴方法主要包括黄药、Q 一亚 硝基B 一萘酚净化除钴法[ 3 ] 和以砷盐和锑盐等作活化 剂的锌粉或合金锌粉置换除钴法。由于8 一萘酚、黄 药和砷盐净化均会产生严重的环境污染H 巧J ，因此， 锑盐净化除钴法成为硫酸锌溶液净化的主流方 收稿日期2 0 1 3 0 2 1 7 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 0 7 4 0 1 9 作者简介姜艳 1 9 8 0 一 ，女，云南沾益人。硕士，讲师 法[ 6 _ 7 ] 。锑盐净化在工业上已应用多年，技术较为成 熟，但仍有许多问题需要深入研究。主要表现在[ 8 ] 一是净化深度不够。正常生产中，净化除钴后液含 钴可控制在～1 ．0m g ／L [ 9 ] ，但远落后于发达国家的 平均水平0 ．2 7m g ／L [ 3 ] 。二是锌粉消耗偏高。三是 净化渣中杂质金属分散，使得对其回收难度增大。 本文研究了各工艺条件对锑盐净化过程的影响，在 保证净液深度的前提下，探索降低锌粉消耗、减轻杂 质在净化渣中分散的有效途径。 万方数据 2 0 1 3 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 1 试验原料 试验原料是云南红河某湿法炼锌厂生产的硫酸 锌溶液用质量浓度3g ／L 、粒度0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0m m 的电炉锌粉置换除铜、镉后的贫液，杂质化学成分 m g ／L C u0 ．0 8 、C d2 0 ．1 、C o6 2 ．8 、N i2 ．0 0 、G e 0 ．0 4 2 、A s0 ．0 2 5 。 2试验方法 在1L 的四孔烧瓶中加人试液，用电炉加热，电 接点水银温度计进行测温，搅拌速度由可调速电动 搅拌机控制和测定，溶液p H 用酸度计测定。在预 定条件下进行净化，反应一定时间后过滤并分析滤 液，采用亚硝基一R 盐分光光度法测定液体试样中的 钴含量。 3 试验结果及讨论 3 ．1 锌粉和三氧化二锑用量对除钴的影响 固定条件温度8 5 ℃，时间9 0m i n ，p H4 ．0 ，搅 拌转速3 0 0r ／m i n ，锌粉和三氧化二锑用量对除钴的 影响如图1 所示。 ， j ● g 括 鼷 图1锌粉和三氧化二锑用量对除钴的影响 F i g ．1 E f f e c to fd o s a g eo fz i n cp o w d e ra n d S b 20 3o nc o b a l tr e m o v a l 从图1 可知，随着锌粉用量的增加，钴残留量逐 渐减少。但锌粉用量超过2 ．0g ／L 时，净化除钴的 深度趋于平衡。随着三氧化二锑用量的增加，溶液 中残钴量逐渐减少，但是当三氧化二锑用量超过3 m g ／L 时，溶液残钴量有逐渐增加的趋势。胡根 火L 1 叩等研究了锌粉置换深度净化除钴，指出锑盐用 量3 ～4m g ／L 为宜，过低不能形成Z n S b 微电池， 而锑盐用量过多，会导致已经沉积的钴返溶。综合 本试验结果，在锌粉用量为2 ．0g ／L 、三氧化二锑用 量为3m g ／L 时，可以将溶液中残钴量降到合格的 要求。 3 ．2 锌粉粒度和搅拌速度对除钴的影响 固定条件三氧化二锑用量3m g ／L ，锌粉用量 2g ／L ，净化温度8 5 ℃，时间9 0m i n ，p H4 ．0 ，搅拌 速度3 0 0r ／m i n ，锌粉粒度及搅拌速度对除钴的影响 见图2 。 f 一 ● 皇 ≤ 摇 馁 图2 锌粉粒度和搅拌速度对除钴的影响 F i g ．2 E f f e c to fz i n cp o w d e rp a r t i c l es i z ea n d s t i r r i n gr a t eo nc o b a l tr e m o v a l 从图2 可知，锌粉越细，除钴效果越好。但是粒 度太小时，会使得锌粉悬浮在溶液中。搅拌速度对 除钴的影响较大，搅拌速度越快，残钴量越低。但是 搅拌速度太大，会增加动力消耗。刘志宏口妇等认 为，搅拌速度在1 0 0 ～5 0 0r ／m i n 时对除钴效果的影 响较小，应使用较高的搅拌强度和较细的锌粉。但 是刘梅花[ 1 2 1 等指出，搅拌强度过大会导致已经沉积 的金属返溶，同时使锌粉表面钝化。综合考虑，在本 试验研究中，锌粉粒度为0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0m m 、转速 3 0 0r ／m i n 时，溶液中残钴量为0 ．2m g ／L ，已达到净 化要求。 3 ．3 净化温度和时间对除钴的影响 固定条件三氧化二锑用量3m g ／L ，锌粉用量 2g ／L ，锌粉粒度0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0m m ，p H4 ．0 ，搅拌 转速3 0 0r ／m i n ，净化温度及时间对净化除钴的影响 如图3 所示。 从图3 可知，温度和时间对除钴的影响较大。 温度越高，时间越长，溶液中残钴量越低。但是温度 太高，会有大量氢气析出[ 1 ，同时又增加了能耗，出 现钴返溶[ 1 ⋯。刘梅花[ 1 幻等人在8 0 ～9 5 ℃研究锑盐 除钴过程，认为锑盐净化除钴的时间越长，除钴越彻 底。综合本试验结果，净化温度8 5 ℃和净化时间 9 0m i n 为宜。 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 f J ● 暑 擐 镁 图3 温度和时间对除钴的影响 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r ea n dt i m e o nc o b a l tr e m o v a l 3 ．4 锌离子浓度对除钴的影响 固定条件三氧化二锑用量3m g ／L ，锌粉用量 2g ／L ，锌粉粒度0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0m l T l ，搅拌转速3 0 0 r ／m i n ，温度8 5 ℃，时间9 0m i n ，p H4 ．0 。当锌离子 浓度分别为 g ／L 0 、5 0 、8 0 、1 2 0 、1 5 0 、1 7 3 时，溶液 中残钴分别为 m g ／L 0 ．4 5 、1 ．8 4 、2 ．9 0 、3 ．1 0 、 3 ．7 0 、4 ．1 0 。 可以看出，溶液中锌离子的存在对除钴影响较 显著。随着溶液中锌离子浓度的增加，残钴量逐渐 增加。所以，低浓度的锌离子有利于净化除钴。但 是当锌离子浓度超过8 0g ／L 时，除钴效果的差别不 是很明显。主要是因为高浓度的Z n 2 发生水解生 成沉淀吸附在锌粉表面上，从而抑制了钴的析出。 谢刚[ 1 4 3 等人对硫酸锌溶液中锌粉除钴的热力学分 析表明，为了防止Z n 2 水解沉淀，溶液的p H 要控 制在5 ．4 以下。 3 ．5 溶液p H 对除钴的影响 固定条件三氧化二锑用量3m g ／L ，锌粉用量 2g ／L ，锌粉粒度0 ．0 7 4 ～0 ．0 5 0I T l m ，搅拌转速3 0 0 r ／m i n ，温度8 5 ℃、时间9 0m i n 。当p H 分别为 3 ．5 、3 ．8 、4 ．0 、4 ．4 、4 ．7 、5 ．0 时，溶液中残钴分别为 m g ／L 0 ．2 8 、0 ．2 5 、0 ．2 6 、0 ．3 0 、0 ．3 5 、0 ．3 6 。由此 可看出，p H 对除钴的影响不显著。随着p H 的增 大，稍微有小幅度的变化。文献[ 1 0 一1 2 ] 的结果也表 明，p H 对锑盐净化除钴没什么影响，p H o ．0 5 0m m ，搅拌速度对 除钴有较大影响，锌粉粒度较小时 O ．0 5 0m m ， 搅拌速度的影响较小对所有粒度的锌粉，当搅拌速 度超过3 0 0r ／m i n 后，除钴效果变化很小。 4 高温净化比低温净化的锌粉消耗少、反应时 间短。 参考文献 [ 1 ] 施友富，蒋开喜，王海北．采用加压浸出工艺优化传统 湿法炼锌流程研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 5 1 1 1 4 ． [ 2 ] 柳冠华，张庆兰，李自静．湿法炼锌中除钻工艺现状研究 与发展[ J ] ．广州化工，2 0 1 2 ，4 0 2 0 1 2 1 4 ． [ 3 ] 胡根火，刘志宏，刘智勇，等．添加铜镉锑对锌粉置换除 钴的影响[ J ] ．中南大学学报自然科学版，2 0 1 2 ，4 3 8 2 9 0 9 2 9 1 4 ． [ 4 ] 李世禄，王正民，朱军，等．湿法炼锌净化除钴试验研究 及实践[ J ] ．湖南有色金属，2 0 1 0 ，2 6 2 2 5 2 6 ． [ 5 ] 李向东．硫酸锌溶液锑盐净化除钻工艺的优化[ J ] ．湖 南有色金属，2 0 0 4 ，2 0 4 2 4 2 6 ． [ 6 ] 王德全，林茂森．砷净液和锑净液除钴的进展[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，1 9 9 5 4 9 - 1 1 ． [ 7 ] 刘永帅，张旭．湿法炼锌净化除钻工艺现状及发展趋势 [ J ] ．矿冶，2 0 1 2 ，2 1 3 6 5 6 9 ． [ 8 ] 蒋学先，何贵香．硫酸锌溶液锑盐净化工艺改造实践 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 4 2 2 2 4 ． [ 9 ] 王达．浅析湿法炼锌净化除钴的影响因素[ J ] ．中国有 色冶金，2 0 1 2 ，4 1 5 1 1 - 1 4 ． [ 1 0 ] 胡根火．硫酸锌溶液锌粉置换深度净化除钻试验研究 [ D ] ．长沙中南大学冶金科学与工程学院，2 0 1 1 ． [ 1 1 ] 刘志宏，唐朝波，张多默，等．锑盐除钴净化工艺研究 [ J ] ．中南工业大学学报，2 0 0 0 ，3 1 3 2 2 5 2 2 7 ． [ 1 2 ] 刘梅花．湿法炼锌除钴过程离子浓度预测及应用研究 [ D ] ．长沙中南大学冶金科学与工程学院，2 0 0 9 ． [ 1 3 ] 陈世瑁．硫酸锌溶液净化除钴的理论分析和工艺进展 [ J ] ．上海有色金属，1 9 9 6 ，1 7 4 1 6 1 1 6 8 ． [ 1 4 ] 谢刚，张义忠，曾桂生，等．硫酸锌溶液中锌粉除钴的机 制分析[ J ] ．中国稀土学报，2 0 0 8 ，2 6 增刊1 4 6 5 0 ． 万方数据