有效降解鋅氧壓浸出液中TOC含量的研究

劉野平， 胡東風(fēng)， 周東風(fēng)

(中金嶺南丹霞冶煉廠， 廣東 韶關(guān) 512300)

在濕法冶煉鋅的生產(chǎn)工藝中，因硫單質(zhì)的熔點(diǎn)為119 ℃，當(dāng)氧壓浸出加壓釜內(nèi)溫度高于硫單質(zhì)熔點(diǎn)時(shí)，鋅精礦將會(huì)被一層硫膜所包裹，從而阻礙精礦與反應(yīng)介質(zhì)接觸。為了提高鋅浸出率，鋅精礦的氧壓浸出過程中會(huì)加入木質(zhì)磺酸鹽做分散劑[1-2]。木質(zhì)磺酸鹽屬于有機(jī)物，提高鋅浸出率的同時(shí)也在鋅冶煉系統(tǒng)溶液中帶入大量的TOC，嚴(yán)重影響鋅片電積質(zhì)量，增加電解槽溶液的電阻，損耗電積電效，甚至在槽溫32 ℃時(shí)，發(fā)生燒板現(xiàn)象，不利于整個(gè)鋅生產(chǎn)工藝的平穩(wěn)運(yùn)行。

本文主要研究在不影響鋅浸出率情況下，如何在二段氧壓浸出過程中高效氧化分解TOC的生產(chǎn)工藝。

1 鋅氧壓浸出電解新液中TOC對(duì)鋅冶煉系統(tǒng)的影響

鋅氧壓浸出過程產(chǎn)生的鋅浸出液經(jīng)中和置換、除鐵和凈化等除雜工藝，溶液中的雜質(zhì)離子合格后稱為新液，送至電解車間在電解槽中電積生產(chǎn)鋅片。電解新液中的雜質(zhì)離子Co、Cd、Ge、Fe、Sn等含量超標(biāo)對(duì)電積鋅片的質(zhì)量、電效影響較大，此外新液中TOC含量超標(biāo)對(duì)鋅片質(zhì)量、電效的影響也非常大[3]。

TOC含量超標(biāo)易導(dǎo)致鋅片變脆、鋅片難以剝離，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋅片表面粗糙，鋅片顏色變暗，鉛含量上升。TOC含量高時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電解槽內(nèi)鋅片大面積燒板，嚴(yán)重影響鋅冶煉系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和工廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，濕法煉鋅過程要盡量避免油污、萃取劑等有機(jī)物料進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。

鋅氧壓浸出輔料木質(zhì)磺酸鹽是生產(chǎn)所必須的分散劑，它不僅可以有效分散加壓釜內(nèi)包裹著鋅精礦的硫磺，提高鋅浸出率，同時(shí)有利于硫單質(zhì)浮選分離，便于硫磺回收[4]。

2 木質(zhì)磺酸鹽對(duì)浸出過程的影響機(jī)理

氧壓浸出生產(chǎn)控制的溫度高于硫磺熔點(diǎn)119 ℃時(shí)，鋅精礦將會(huì)被一層硫膜所包裹，從而阻礙精礦與反應(yīng)介質(zhì)接觸。添加劑在浸出過程中對(duì)提高鋅浸出率起著重要作用。目前廣泛使用的添加劑為木質(zhì)磺酸鹽，分子中多基團(tuán)、多磺酸根呈網(wǎng)狀分布，當(dāng)其吸附在精礦或硫表面后，仍有極性基團(tuán)伸向溶液，表現(xiàn)出親水性，這樣就可以破壞包裹在精礦顆粒表面的硫膜，能夠加快浸出反應(yīng)[5]。添加劑一般以精礦干量的0.2%～0.3%加入。加入量太少，不能充分分離精礦顆粒和硫，加入量太多，不利于二段底流的浮選。圖1為添加劑加入量多少對(duì)反應(yīng)性能影響的圖解。

圖1 添加劑加入量多少對(duì)反應(yīng)性能影響的圖解

有些企業(yè)的氧壓浸出工藝使用的添加劑為木質(zhì)磺酸鈉，而廣東某廠使用的添加劑為木質(zhì)磺酸鈣，這是因?yàn)檎w工藝存在細(xì)微差別。使用木質(zhì)磺酸鈉，則一定需要在浸出過程中沉鐵，納與鐵以黃鈉鐵礬的形式進(jìn)入渣中，后續(xù)工序就不再需要除鐵，如果浸出過程中鐵不沉降，鈉離子就不會(huì)沉淀，從而在系統(tǒng)內(nèi)富集，會(huì)對(duì)電解工序電解液質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，進(jìn)而增加鋅電積的電耗；而廣東某廠的氧壓浸出過程中，鐵進(jìn)入溶液中以回收鎵、鍺，后續(xù)工序需要除鐵[6]。而使用木質(zhì)磺酸鈣，鈣離子會(huì)以硫酸鈣的形式沉淀，不至于在系統(tǒng)內(nèi)富集，不會(huì)對(duì)后續(xù)生產(chǎn)造成影響。

3 試驗(yàn)用木質(zhì)磺酸鈣的主要成分

試驗(yàn)用木質(zhì)磺酸鈣的主要成分見表1。

表1 試驗(yàn)用木質(zhì)磺酸鈣的主要成分

4 生產(chǎn)實(shí)踐及結(jié)果

廣東某煉鋅廠的氧壓浸出工藝采用一段低溫低壓低酸生產(chǎn)，二段高溫加壓高酸生產(chǎn)，一段浸出底流送二段加壓釜進(jìn)行二段浸出，而二段浸出液返回一段浸出。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，一段浸出生產(chǎn)過程中木質(zhì)磺酸鈣的加入量為0.8～1 kg/t鋅精礦，二段浸出過程加入量為2.8～3.2 kg/t鋅精礦，有效分散好硫磺，才能確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，得到較好鋅浸出率，同時(shí)可以得到粗細(xì)適當(dāng)?shù)牧蚧穷w粒，有利于浮選分離硫精礦和尾礦。

本文以廣東某煉鋅廠的氧壓浸出工序生產(chǎn)實(shí)踐為考察對(duì)象，主要研究二段浸出生產(chǎn)條件對(duì)TOC氧化分解比率的影響。根據(jù)進(jìn)出氧壓浸出系統(tǒng)內(nèi)的TOC平衡進(jìn)行核算，得出TOC氧化分解比率的結(jié)果，在二段終酸為85 g/L的條件下，重點(diǎn)研究氧氣單耗、反應(yīng)溫度、氧分壓和浸出時(shí)間對(duì)TOC氧化分解的影響。

4.1 氧氣單耗對(duì)TOC氧化分解比率和鋅浸出率的影響

在二段氧壓浸出工序控制生產(chǎn)溫度150 ℃、浸出終酸85 g/L、運(yùn)行壓力1 400 kPa、浸出時(shí)間3 h、噸鋅精礦添加木質(zhì)素3 kg的工藝條件下，考察二段浸出氧氣單耗對(duì)TOC氧化分解比率和鋅浸出率的影響，結(jié)果如圖2所示。隨著二段浸出氧氣單耗升高，TOC氧化分解比率逐步增大趨于平緩，即在鋅的二段氧壓浸出過程中，加大氧氣單耗能促進(jìn)鋅氧壓浸出反應(yīng)的進(jìn)行。綜合考慮TOC氧化分解比率、鋅浸出率和生產(chǎn)成本，二段氧氣單耗選用噸鋅精礦氧耗140～150 m3為優(yōu)，如果工廠氧氣供應(yīng)充足，可適當(dāng)提高氧氣單耗，有利于提高鋅浸出率。

圖2 氧氣單耗對(duì)TOC氧化分解比率和鋅浸出率的影響

4.2 浸出時(shí)間對(duì)TOC氧化分解比率及鋅浸出的影響

二段氧壓浸出工序控制生產(chǎn)溫度150 ℃，浸出終酸85 g/L，運(yùn)行壓力1 400 kPa，噸鋅精礦氧耗145 m3、木質(zhì)素添加3 kg的工藝條件下，統(tǒng)計(jì)分析浸出時(shí)間對(duì)TOC氧化分解比率的影響，結(jié)果見圖3。從圖3可看出，延長(zhǎng)浸出時(shí)間則更多的TOC被氧化分解，即TOC氧化分解是逐步進(jìn)行的。二段氧壓浸出時(shí)間越長(zhǎng)越有利于提升鋅浸出率。綜合考慮加壓釜處理能力和鋅浸出效果，浸出時(shí)間宜控制在3 h以上。

圖3 浸出時(shí)間對(duì)TOC氧化分解比率及鋅浸出率的影響

4.3 釜內(nèi)反應(yīng)溫度對(duì)TOC氧化分解比率及鋅浸出的影響

二段氧壓浸出工序控制浸出終酸85 g/L、運(yùn)行壓力1 400 kPa，浸出時(shí)間3 h，噸鋅精礦氧耗145 m3、木質(zhì)素添加3 kg的工藝條件下，統(tǒng)計(jì)分析反應(yīng)溫度對(duì)TOC氧化分解比率的影響，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，TOC氧化分解比率隨著反應(yīng)溫度的提高而逐漸增大，但是反應(yīng)溫度超過155 ℃后游離的TOC與黏稠硫磺結(jié)合，反而影響TOC氧化分解，且反應(yīng)釜的能耗成本和維護(hù)成本相應(yīng)增大[6]。故二段浸出釜內(nèi)反應(yīng)溫度選擇150 ℃為佳。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)TOC氧化分解比率和鋅浸出率的影響

4.4 氧分壓對(duì)TOC氧化分解比率及鋅浸出的影響

二段氧壓浸出工序控制釜溫150 ℃、浸出終酸85 g/L，浸出時(shí)間3 h、噸鋅精礦氧耗145 m3、木質(zhì)素添加3 kg時(shí)，統(tǒng)計(jì)分析釜內(nèi)壓力(氧分壓)對(duì)TOC氧化分解比率的影響，結(jié)果見圖5。從圖5可以得知，氧分壓升高則會(huì)促進(jìn)TOC氧化分解的進(jìn)行，有利于提高鋅浸出率。但是隨著反應(yīng)釜壓力升高，反應(yīng)釜的維護(hù)成本明顯增大，故綜合考慮，二段浸出釜內(nèi)壓力選擇1 400 kPa為宜。

圖5 氧分壓對(duì)TOC氧化分解比率和鋅浸出率的影響

5 結(jié)論

(1) 濕法煉鋅生產(chǎn)實(shí)踐中首先要控制好溶液系統(tǒng)中TOC含量，才能確保生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，鋅氧壓浸出生產(chǎn)系統(tǒng)須加入一定量的木質(zhì)素才能讓浸出反應(yīng)有效進(jìn)行，因此氧壓浸出過程需氧化分解失效的木質(zhì)素帶入的TOC。根據(jù)氧壓浸出生產(chǎn)工藝和TOC氧化分解工藝綜合優(yōu)化生產(chǎn)控制參數(shù)，確保TOC氧化分解率高的條件下，氧壓浸出有較高的鋅浸出率，同時(shí)浸出粒度大小適中，有利于浮選分離硫精礦。

(2) 針對(duì)廣東某地的硫化鋅精礦含鐵較低且含硫高的礦物特點(diǎn)，試驗(yàn)獲得較優(yōu)工藝條件：二段浸出釜內(nèi)反應(yīng)溫度145～150 ℃，釜內(nèi)壓力1 300～1 400 kPa，噸鋅精礦氧耗140～150 m3，浸出時(shí)間3～3.5 h，噸鋅精礦木質(zhì)素添加3 kg。在此工藝條件下鋅浸出率高達(dá)98%以上，且木質(zhì)素中TOC氧化分解比率為90%以上，獲得了良好的生產(chǎn)效果。