絮凝劑在濕法煉鋅中的實踐研究

＊杜榮珍

（云南金鼎鋅業(yè)有限公司 云南 671400）

前言

絮凝劑是一種有效的液固分離添加劑，在選礦、冶金、水處理、石油、化工等行業(yè)都有很好的應(yīng)用，特別是在濕法煉鋅企業(yè)中，它起著很大的作用。濕法煉鋅工業(yè)采用絮凝劑，可吸附懸浮于礦漿中的固體顆粒，絮凝沉淀既能改善上清水的品質(zhì)，又能增加濃縮器的容量，而且投資小，生產(chǎn)成本低，處理能力大。

1.試驗準(zhǔn)備

金屬的冶煉有兩種方式：一是火法，二是濕法。濕法冶金工藝要求在高酸堿度和高溫度條件下實現(xiàn)細(xì)小礦石的有效分離，已有研究表明，將聚丙烯酰胺作為一種合適的輔助劑，用于某些金屬的濕法冶金工藝，能夠獲得較好的分離效果。如在鉛鋅濕法冶煉工藝中加入合適的PAM，可加速礦漿的沉淀與澄清，使得沉淀溢出物具有較好的透明度，得到較高的底流礦漿濃度，從而達(dá)到了生產(chǎn)要求[1]。當(dāng)前，我國多以“焙燒-低酸浸取-電積-蒸發(fā)爐處置浸取渣系”的濕法煉鋅技術(shù)為主，如圖1所示。

圖1 濕法煉鋅技術(shù)

某濕法煉鋅廠的冶煉原料一部分是外部采購來的焙燒礦，一部分是自己生產(chǎn)的焙燒礦，另外一部分是自己礦山采出的氧化礦（氧化鋅原礦），而這部分氧化礦含硅較高。通常情況下根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)實際情況，三種原料按不同比例搭配使用，這樣原料和浸出液中硅含量波動比較大，需要根據(jù)浸出液含硅來及時調(diào)整絮凝劑的使用來達(dá)到最佳沉降效果，保證優(yōu)質(zhì)上清質(zhì)量和較高的底流礦漿濃度，從而節(jié)約生產(chǎn)成本。這次的試驗樣品是取自浸出車間實際生產(chǎn)中不同的含硅浸出液。在浸出車間的浸出槽中，分別采集了低硅含量和高硅含量的浸出液樣品，并取了一定量的用于生產(chǎn)中使用的并且配制好的3號絮凝劑和骨膠溶液，準(zhǔn)備6個同樣規(guī)格的燒杯作為備用，并將燒杯編號。3號絮凝劑成分為聚丙烯酰胺，是有機(jī)高分子聚合物，屬于水溶性聚合物；骨膠組成成分以蛋白質(zhì)為主，是鏈狀天然高分子物質(zhì)，屬于動物膠。

2.試驗方法

絮凝是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程。目前，人們普遍認(rèn)為，絮凝作用的機(jī)制主要包括兩個方面，即聚集作用和絮凝作用。團(tuán)聚是一種中和膠體、固體懸浮物粒子表面的電荷，使粒子能夠克服兩者間的靜電斥力，導(dǎo)致粒子失穩(wěn)，形成微小的團(tuán)聚體[2]。絮凝工藝是將已有的微細(xì)聚集體與絮凝劑結(jié)合，從而產(chǎn)生大量的絮體。絮凝劑一般包括兩類化學(xué)藥劑。首先為絮凝劑，能夠中和懸浮液表面帶負(fù)電的化學(xué)試劑，如羥基Al、羥基Fe、羥基錯位等，可通過價態(tài)較高的多核羥基橋離子來中和懸浮液表面帶的負(fù)電。其次是助凝藥劑，能橋連于懸浮物質(zhì)的表面，使得懸浮物質(zhì)快速沉降，例如：丙烯酰胺、羧甲基酯等[3]。

向1號、2號和3號燒杯中加入200mL低硅含量等體積的浸出液，向4號、5號和6號燒杯中加入200mL高硅含量等體積的浸出液，向1號、4號燒杯中加入2mL生產(chǎn)所用的3號絮凝劑，在2號、5號燒杯中加入2mL生產(chǎn)所用的骨膠，在3號、6號燒杯中加入3號絮凝劑和骨膠各1mL。在完全攪拌均勻之后，在燒杯中觀測了試驗現(xiàn)象，并測定了各個燒杯中的浸出物的沉降率。

3.試驗過程

從試驗的高硅含量（4號、5號和6號）燒杯中，取足夠清澈后的上清液，并對其中的硅元素展開分析，并與分析結(jié)果進(jìn)行比較，探討哪種絮凝劑對溶液中硅離子的吸附作用更強(qiáng)。接著，對不同含硅物質(zhì)的浸出液進(jìn)行比較試驗，維持其他試驗變量不變，以不同硅離子含量浸出液作為變量，反復(fù)進(jìn)行試驗操作，最終得到了對于硅含量高低的不同結(jié)果。

4.試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，在中浸條件下，僅添加3號絮凝劑的1號和4號燒杯沉淀速率最高。添加了3號絮凝劑和骨膠的3號、6號燒杯的沉淀速率中等；添加了骨膠的2號和5號燒杯的沉淀速率最??；因此，在實際應(yīng)用過程中，3號絮凝劑的沉淀速率明顯高于骨膠，沉淀效果更好。

取4號、5號和6號燒杯中的上清液，對其中的硅離子濃度進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在加了骨膠的5號燒杯中、添加了3號絮凝劑和骨膠的6號燒杯中，硅離子濃度中等，只加了3號絮凝劑的4號燒杯中，硅離子濃度最高。通過分析和探討，認(rèn)為在溶出物中，骨膠對溶出物中的Si離子有較強(qiáng)的吸附作用。

然后，通過對不同含硅物質(zhì)的浸出液進(jìn)行對比試驗，通過多組試驗，可以得到：以物料中含ω（SiO2）=5%為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)物料中ω（SiO2）＜5%時，溶出液沉淀所用絮凝劑可僅用3號絮凝劑，在原料中ω（SiO2）＞5%的情況下，需要用絮凝劑與一定量的骨膠一起進(jìn)行沉淀，這樣才能獲得更好的澄清效果，并且在中上清中含有更少的硅離子，這對于提高生產(chǎn)效率是很有幫助的。

5.討論分析

(1)3號絮凝劑

在濕法煉鋅廠，許多液體在濃縮機(jī)上必須加入絮凝劑，才能實現(xiàn)液-固分離。大部分公司原先采用的都是3號絮凝劑，3號絮凝劑容易造成二次污染，對人體造成很大的傷害，而且這種類型的聚丙烯酸乙酯溶液的透明度很低，使得液-固分離的效果并不顯著，從而對后續(xù)工藝造成了很大的影響。3號絮凝劑，也叫丙烯酸胺，是一種由人造的長鏈高分子材料，它的特性是無色、無味、易溶于水、呈半透明凝膠狀。它在絮凝、增稠、降阻等領(lǐng)域有著諸多的優(yōu)勢，在石油開采、醫(yī)藥、紡織等行業(yè)中有著非常重要的作用[4]。3號絮凝劑是一種非常黏稠的凝膠。所以要有較好的溶解性，就必須用高速的機(jī)械攪拌，以400～10000r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行，15～45min后就會溶解。要縮短溶解時間，可以采用加溫的方法，但必須保持在55℃以下，否則溫度過高，發(fā)生高分子降解，會影響絮凝的效果。在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計中，要想使攪拌效率更高，就必須在攪拌桶中添加具有消能、阻流等作用的攪拌桶。

因為3號絮凝劑中含有的是酞胺基團(tuán)，它們之間存在著一種與之發(fā)生氫鍵反應(yīng)的固態(tài)吸附性物質(zhì)，而且它的分子鏈相對較長。絮凝效果的優(yōu)劣與分子鏈長度有關(guān)，利用長鏈橋連粒子間的大粒子，使粒子間形成大粒子絮凝體，從而加快沉淀速率。在3號膠凝物中，采用搭橋的方式實現(xiàn)了對膠體表面的吸附，使膠體表面活性位點對膠體表面活性位點的影響最小。3號絮凝劑既可以對金屬礦物等具有正電勢的固體粒子進(jìn)行絮凝，也可以對具有負(fù)三電位的固體粒子進(jìn)行絮凝。采用3號絮凝劑時，抗剪作用對于處理高濁度礦漿而言更加有利。

3號絮凝劑的優(yōu)勢是能減少工程建設(shè)的投入。3號絮凝劑水分解絮凝體具有更快的沉淀速率，可以吸收礦漿顆粒，提高了沉淀效率，增加了濃縮池的利用率，減小了所用的結(jié)構(gòu)面積，節(jié)省了基礎(chǔ)設(shè)施。3號絮凝劑還可以減少處理費用，3號絮凝劑的大分子量使其具有更大的吸附面積，增加了其對廢水的吸附容量，從而減少了廢水的處理費用。易于操作和管理，具有操作簡便、應(yīng)用效果良好的特點，給企業(yè)的日常生產(chǎn)和管理提供了便利。盡管在濕法煉鋅工藝中，使用絮凝劑對生產(chǎn)效率有一定的正面影響，但是當(dāng)絮凝劑過量時，也會對生產(chǎn)質(zhì)量造成不利影響，因此3號絮凝劑的用量不宜過多。如果生產(chǎn)過程中3號絮凝劑的用量過多，會對鋅電解有較大的影響，不但導(dǎo)致電解液的黏性增大，出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致鋅片變脆，而且會導(dǎo)致沉淀鋅的逆溶解，顯著降低電流效率。因此，在實際操作中，必須嚴(yán)格控制好絮凝劑的用量，避免用量過多影響生產(chǎn)。

鑒于目前在礦冶行業(yè)中使用聚丙烯酰胺所面對的現(xiàn)實狀況，3號絮凝劑生產(chǎn)商在產(chǎn)品的開發(fā)與使用中，應(yīng)當(dāng)在掌握了多種離子型產(chǎn)品劑型及一些共聚合產(chǎn)物的生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦石特性及使用介質(zhì)，在初選完成之后，能夠根據(jù)使用的結(jié)果，及時調(diào)整產(chǎn)品配方，改變產(chǎn)品的某些特性，并逐漸實現(xiàn)為使用廠家在不同的礦石介質(zhì)及不同的礦石處理工藝中，為使用廠家提供特殊的絮凝劑產(chǎn)品，并協(xié)助使用廠家決定最佳的投料點，從而促進(jìn)3號降凝劑在礦冶行業(yè)中的使用。3號絮凝劑制造商要想在礦山中提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須走精益求精的道路，而精益求精的先決條件是技術(shù)研發(fā)和技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新。同時，在該行業(yè)中，也要有新知識、新思路、新產(chǎn)品和新技術(shù)的引進(jìn)。與此同時，要著力強(qiáng)化自己的技術(shù)團(tuán)隊和技術(shù)開發(fā)，擔(dān)當(dāng)工藝開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)的主要任務(wù)，具有對聚丙烯酰胺這一精細(xì)化學(xué)品的多樣化的制造技術(shù)，具有靈活方便的、易于改變劑型的制造工藝，具有掌握技術(shù)、熟悉3號絮凝劑產(chǎn)品特性的開發(fā)和推廣人員，以“專用絮凝劑”為指引，以礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)為機(jī)遇，擴(kuò)大3號絮凝劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

(2)骨膠

濕法煉鋅是當(dāng)前鋅工業(yè)的主要生產(chǎn)方法，而硫酸鋅提純與電積制鋅是濕法煉鋅過程中的關(guān)鍵步驟，其中含有大量的有機(jī)雜質(zhì)，不僅會降低電鋅質(zhì)量，還會增加直流電耗，導(dǎo)致鋅粉用量增加。在鋅電積法中，不斷地在電解液中添加骨膠，以提高鋅片的品質(zhì)。在使用過程中，骨膠等物質(zhì)將會積累、增多，從而對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響。所以，對骨膠在硫酸鋅溶液凈化、鋅電積過程中的作用進(jìn)行了深入的探討，這對于大極板鋅電積過程的正常進(jìn)行、凈化成本的降低以及節(jié)能降耗都有著十分重大的理論意義和實際價值。

骨膠屬于一種動物膠，是一種鏈狀天然高分子材料，它的組成成分以蛋白質(zhì)為主，分子量為3000～80000，可溶解于水，在被投加到水中后，它的作用是通過吸附搭橋來促進(jìn)解穩(wěn)膠體顆粒的聚集。將骨膠與鋁、鐵等礦物混合，能取得良好的絮凝作用。骨膠也叫工業(yè)皮膠、工業(yè)明膠、動物膠粘劑、環(huán)境膠粘劑、牛膠、動物膠[5]。球形，以明膠蛋白為主，在水中溶解，在油、蠟、酒精、有機(jī)溶劑等中極難溶解。骨膠是由氨基和羧基的簡單聚肽鏈分子構(gòu)成的，它是一種相對分子質(zhì)量＞10000的多肽，它的膠接性能好、強(qiáng)度高、水分少、容易干燥。骨膠的優(yōu)勢是它的分子結(jié)構(gòu)中包含了許多諸如羥基氨基之類的極性基團(tuán)，所以它對極性物質(zhì)的附著力很高，而且它的成膜性非常好。但其不足之處是，骨膠不耐水性，遇水會引起膠層膨脹而喪失粘接能力，抗腐蝕性較低，溫度、濕度的改變會對其產(chǎn)生較大的影響。

6.結(jié)論

濕法冶金使用絮凝劑指的是礦石溶出后，在料液中添加的一種可以進(jìn)行絮凝沉淀的化學(xué)藥劑，它與料液中具有電性的顆粒接近，利用其低的電勢，使得帶有電性的顆粒形成膠體，這種膠體絮凝成團(tuán)，從而從溶液中脫離出來。因此，研發(fā)出一種新型、高效、環(huán)境友好、價格低廉的濕法冶金用絮凝劑，成為該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。濕法煉鋅過程比較復(fù)雜，而且變化很大，在具體的生產(chǎn)過程中，應(yīng)該按照焙燒礦等原料的各元素含量以及具體的生產(chǎn)情況，來調(diào)節(jié)和使用冶煉過程中的添加輔料。從上述的試驗中我們可以發(fā)現(xiàn)，要針對不同的含硅物質(zhì)來調(diào)節(jié)所生產(chǎn)的絮凝劑，在對低硅物質(zhì)進(jìn)行浸出的過程中，只需要3號絮凝劑就可以達(dá)到生產(chǎn)的要求。但是，如果原料中ω（SiO2）含量較高（≥5%），則需要在3號絮凝劑的基礎(chǔ)上，再添加一定量的骨膠，這樣才能達(dá)到最好的混合作用，這對于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本有著非常實際的作用。