濕法煉鋅系統(tǒng)硒鉈的分布走向研究

楊騰蛟， 孔金換， 陶 杰， 許 斌， 董高峰， 商繪峰

(1.河南豫光鋅業(yè)有限公司, 河南 濟(jì)源 459000; 2.河南省鋅清潔冶煉工程研究中心, 河南 濟(jì)源 459000)

在濕法煉鋅過(guò)程中，硫酸鋅溶液中含有一定量的硒和鉈，由于其電極電位比鋅正，對(duì)濕法煉鋅電解沉積過(guò)程非常有害,易引起嚴(yán)重“燒板”,并誘發(fā)其他雜質(zhì)“燒板”,對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生不利影響,導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng),無(wú)法連續(xù)正常進(jìn)行[1-5]。

研究硒和鉈在常規(guī)濕法煉鋅溶液中的分布規(guī)律并將其脫除非常必要。本文旨在通過(guò)硒和鉈在常規(guī)濕法煉鋅溶液中分布的研究，為加強(qiáng)生產(chǎn)控制，提高系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性提供指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 樣品選取

為選取能代表某鋅冶煉廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)狀況的樣品，設(shè)定樣品采集周期為 3 個(gè)月，每個(gè)月采集2個(gè)批次，硒主要選取常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)的焙燒、凈液、電解工序的樣品，鉈主要選取常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)的焙燒、焙砂浸出、凈液、鎘回收、鈷回收、回轉(zhuǎn)窯-多膛爐、氧化鋅浸出工序的樣品，從而獲得有代表性的硒鉈元素檢驗(yàn)用試樣。

1.2 分析設(shè)備

本文的分析數(shù)據(jù)主要由某鋅冶煉企業(yè)檢測(cè)中心的全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀檢測(cè)，設(shè)備參數(shù):射頻功率1 200 W，輔助氣流量(Ar)1.0 L/min，霧化器壓力0.24 MPa，蠕動(dòng)泵泵速 65 r/min，觀察高度12.0 mm，檢測(cè)時(shí)間20 s(波長(zhǎng)>220 nm)或30s(波長(zhǎng)<220 nm)[6]。

2 研究結(jié)果

2.1 硒在常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)中的分布走向規(guī)律

2.1.1 硒在焙燒工序的分布走向規(guī)律

焙燒工序硒分布見(jiàn)表1。由表1結(jié)果可見(jiàn)，鋅精礦中硒基本全部進(jìn)入煙氣，然后在動(dòng)力波塔被洗滌進(jìn)入酸泥。原因?yàn)槲诒簾^(guò)程中氧化為二氧化硒，因二氧化硒在315 ℃即升華，因此在焙燒溫度下，二氧化硒基本全部進(jìn)入煙氣，鍋爐灰中有時(shí)有少量夾帶，約占5%～9%。

表1 焙燒工序硒分布 %

2.1.2 硒在凈液工序的分布走向規(guī)律

首先，取中上清、一濾、二濾、新液在鋅業(yè)公司化驗(yàn)中心化驗(yàn)，分析凈液各段硒去除率，化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2結(jié)果可見(jiàn)，中上清至新液各段硒含量變化不大，凈液工序總?cè)コ始s3%。從有限的資料可知，硫酸鋅溶液中的硒，由于是變價(jià)金屬，在酸性(pH1.5～2.5)條件下以離子形態(tài)存在，在pH2.6～5.4 條件下，以酸根離子存在，采用常規(guī)的鋅粉(金屬鋅粉、電爐鋅粉、合金鋅粉)置換法不能將其除去[7-8]。

表2 中上清至新液各段硒成分及脫除率

2.1.3 硒在電解工序的分布走向規(guī)律

電解工序取樣分析，硒脫除率在10%左右，分析析出鋅中基本不含硒，表明電解工序脫除的硒進(jìn)入陽(yáng)極泥中。

2.2 鉈在常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)中的分布走向規(guī)律

2.2.1 鉈在焙燒工序分布規(guī)律

鉈在焙燒工序回收率見(jiàn)表3，雖然化驗(yàn)誤差較大，但可看出鉈基本全部進(jìn)入焙砂，因?yàn)樵诒簾^(guò)程中鋅精礦中鉈形成三氧化二鉈(Tl2O3)，三氧化二鉈沸點(diǎn)875 ℃，熔點(diǎn)717 ℃，在焙燒爐內(nèi)部分進(jìn)入溢流焙砂，進(jìn)入煙氣中的鉈在余熱鍋爐內(nèi)變?yōu)楣虘B(tài)，幾乎全部進(jìn)入焙砂中。

表3 焙燒工序成分及回收率 %

2.2.2 鉈在焙砂浸出工序分布規(guī)律

鉈在焙砂浸出工序浸出率見(jiàn)表4，可見(jiàn)鉈有60%主要進(jìn)入焙砂中上清，40%左右仍在浸出渣中，化學(xué)反應(yīng)式為：

(1)

Tl3+是強(qiáng)氧化劑，氧化槽中Fe2+迅速把Tl3+還原為T(mén)l+。

表4 焙砂浸出工序鉈含量及浸出率 %

2.2.3 鉈在凈液工序分布規(guī)律

中上清、一濾、二濾、新液化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，分析凈液各段鉈去除率。

表5 中上清至新液各段鉈含量及脫除率

根據(jù)表5結(jié)果，鉈在一段去除約30%,二段去除50%左右,三段去除10%左右,凈液工序總?cè)コ?0%左右，只有10%左右鉈進(jìn)入電解，鉈主要在一段、二段去除，且三段凈化渣返回一段，因此鉈主要隨銅鎘渣及鈷渣進(jìn)入進(jìn)入鎘回收(二段鈷渣現(xiàn)主要進(jìn)入鎘回收沉鈷工序)。

2.2.4 鉈在鎘回收工序分布規(guī)律

鎘回收一次置換、二次置換鉈含量對(duì)比見(jiàn)表6，可見(jiàn)一次置換前后鉈含量基本不變，二次置換去除30%左右，因?yàn)橐淮沃脫Q液鎘含量較高，鉈基本不與鋅粉反應(yīng)，二次置換鎘含量仍較高，少部分鉈與鋅粉發(fā)生置換反應(yīng)而除去。進(jìn)入二次置換鎘綿中的鉈在返回銅鎘渣浸出工序被浸出后又進(jìn)入置換工序，因此鉈在鎘回收一、二次置換過(guò)程中基本不開(kāi)路。

表6 鎘回收一次置換、二次置換前后液中鉈含量對(duì)比及去除率

從表6鎘回收沉鈷前后液中鉈含量對(duì)比結(jié)果可以看出，鎘回收沉鈷工序鉈90%左右進(jìn)入沉鈷渣，然后進(jìn)入鈷回收，剩余的10%隨沉鈷后液進(jìn)入焙砂浸出。

2.2.5 鉈在鈷回收工序分布規(guī)律

沉入鈷渣中的鉈在鈷回收浸出工序又被浸出，在沉鈷工序幾乎全部被氧化劑氧化水解，形成Tl(OH)3進(jìn)入鈷精礦。

2.2.6 鉈在回轉(zhuǎn)窯-多膛爐工序分布規(guī)律

回轉(zhuǎn)窯-多膛爐工序取樣及分析結(jié)果見(jiàn)表7，雖然因化驗(yàn)誤差鉈并不平衡，但可以看出基本規(guī)律，窯渣中鉈約占浸出渣中鉈的30%，多膛爐煙灰中鉈約占浸出渣中鉈的70%，氧化鋅中鉈占比很少，可忽略。原因?yàn)榻鲈秀B在回轉(zhuǎn)窯中大部分被氧化為三氧化二鉈進(jìn)入煙氣，在窯尾、收塵過(guò)程中進(jìn)入氧化鋅，少部分未反應(yīng)鉈進(jìn)入窯渣，進(jìn)入氧化鋅中的鉈在多膛爐中被還原為鉈，由于鉈在174 ℃即開(kāi)始揮發(fā)，所以幾乎全部進(jìn)入多膛爐煙灰。

表7 回轉(zhuǎn)窯-多膛爐工序鉈分析結(jié)果及占比 %

2.2.7 鉈在氧化鋅浸出工序分布規(guī)律

鉈在氧化鋅和鉛泥中的含量見(jiàn)表8，從表8結(jié)果可見(jiàn)，按30%渣率，鉈浸出率約70%，浸出的鉈進(jìn)入焙砂浸出工序。

表8 氧化鋅浸出工序鉈分析結(jié)果及浸出率 %

3 結(jié)論

本文以某濕法煉鋅廠(chǎng)以鋅精礦為原料冶煉鋅錠的工藝流程為主線(xiàn)，針對(duì)工藝技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，重點(diǎn)選取焙燒、焙砂浸出、凈液、鎘回收、鈷回收、回轉(zhuǎn)窯-多膛爐、氧化鋅浸出、電解等樣品作為硒鉈分布走向研究的監(jiān)測(cè)和調(diào)查對(duì)象，開(kāi)展了硒鉈的分布走向研究，獲得大量詳實(shí)的數(shù)據(jù)，得出了較為準(zhǔn)確、可靠的結(jié)果。

1)硒在焙燒過(guò)程中氧化為二氧化硒，進(jìn)入酸泥，鍋爐灰中有時(shí)有少量夾帶，少量的硒主要進(jìn)入陽(yáng)極泥中。因此，為減少硒進(jìn)入濕法系統(tǒng)，應(yīng)控制焙燒條件，使硒在焙燒過(guò)程中盡可能多的進(jìn)入煙氣，同時(shí)電解新液硒含量控制在0.3 mg/L內(nèi)。

2)鉈幾乎全部進(jìn)入焙砂中。在焙砂浸出工序，鉈有60%進(jìn)入焙砂中上清，40%左右仍在浸出渣中。焙砂中上清的鉈經(jīng)過(guò)凈化、鎘回收、沉鈷工序等幾乎全部被氧化水解，形成Tl(OH)3進(jìn)入鈷精礦。因此，減少濕法系統(tǒng)中鉈的含量，應(yīng)通過(guò)控制凈化工序工藝條件，使鉈盡可能多的進(jìn)入銅鎘渣、凈液鈷渣，新液鉈含量控制在0.1 mg/L內(nèi)，減小對(duì)電解的影響。