净化过程锌水解的控制及处理.doc

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1、净化过程锌水解的控制及处理[摘　要]　论述了湿法炼锌净化工序压滤过程中锌水解的机理,提出了控制硫酸锌溶液水解的工艺条件,降低了滤布和滤板的损耗,使生产连续稳定进行。[关键词]　硫酸锌;水解;净化1概况葫芦岛锌厂第三冶炼厂设计生产能力为13万t/a电解锌,采用传统湿法炼锌工艺,于1993年投产,经过几次技术改造,目前整体工艺已比较完善,基本达到了设计水平。净化工序的任务是将浸出的中性上清液中的杂质如铜、镉、钴等进一步除去,以满足电解生产的要求。长期以来工厂生产总是在净化工序受阻,净化后液含钴超标,过滤工序被动造成新液供应不上,不能满足电解生产的要求,迫使电解系统降低电流来增加新液的

2、储量。本厂净化工序采用三段逆锑连续净化—板框压滤机过滤,其工艺流程见图1。生产中发现新滤布在使用一至两天后,上面即沾有一层乳白色胶状物,过滤性能严重降低,影响净化后液的压滤,只有将滤布拆下来用含酸10～30g/L、温度50～60℃的溶液浸泡、搅拌、洗涤后才可继续使用压滤板在连续使用7～8d后,上面的溶液流道被结晶堵死,即使换上新滤布,过滤速度也明显下降,这种结晶在一、二、三段净化的压滤过程中影响程度各不相同。经过化验分析,结晶含杂质情况见表1。表1结晶含杂％图1净化工艺流程图2　净化过程锌水解的机理及热力学分析2.1净化过程锌水解的机理影响一段净化后液压滤速度的因素主要有:溶液含

3、固量、pH值、锌浓度、温度及卸渣周期;影响二段净化后液压滤速度的因素主要有:溶液pH值、锌浓度、温度。因此可以肯定溶液pH值、锌浓度、温度是影响一、二段净化后液压滤速度的共同因素,而这3个因素正是影响硫酸锌溶液中锌离子水解的主要因素。中浸上清液技术控制指标见表2。表2中浸上清液技术控制指标g/L沸腾槽一次净化除铜、镉时,生产上实际加入锌粉量是理论量的2～3倍,即每立方米上清液需加入锌粉115～210kg;在二次净化除钴,实际加入锌粉量是理论量的15～20倍,即每立方米溶液需加入锌粉15～415kg;三次净化所需加入的锌粉量很少。在一、二次净化过程中,加入的过量锌粉,由于受溶液温度

4、、酸度等影响,部分会发生下列反应:Zn+2SO4=ZnSO4+H2↑(1)氢气逸出后,溶液酸度更为降低,pH值更大,当pH值达到一定值后,溶液中锌及其它杂质离子开始发生水解反应:ZnSO4+2H2O=Zn(OH)2+2H2SO4↑(2)由于溶液中存在着大量的硫酸锌,当氢氧化锌形成时,便立即生成碱式硫酸锌——Zn(OH)2·ZnSO4。212锌水解的热力学分析及讨论溶液中锌浓度对氢氧化锌开始析时出的pH值影响很大(见图2),锌浓度愈高,开始析出氢氧化锌的pH值愈小,即愈易发生水解。图2溶液中锌浓度与开始析出氢氧化锌时PH的关系在湿法炼锌中,维持一定锌浓度十分必要,因为溶液含锌低,循

5、环量就大,设备负荷增加;溶液含锌过高,造成锌大量水解损失,不利于电解生产的正常进行,中性上清液的锌浓度通常控制在140～150g/L,锌浓度为150g/L,计算得锌离子[Zn2+]浓度为2.294mol/L,查得该浓度下活度系数为0.0372,则QZn150g/L时锌的活度为aZn2+=0.0853。由于一次净化除铜镉和三次净化除余镉时温度要求55～65℃,二次净化除钴温度要求85～95℃,所以在讨论Zn-H2O系有关反应时,分别按60℃、90℃进行计算。Zn2++2e=ZnE=E0+0.0001TlogaZn2+(3)查表得E0=-0.763则可计算得E333=-0.799,E

6、363=-0.802Zn(OH)2+2H+=Zn+2H2OpH=pH0-0.5logaZn2+(4)查表得pH0=5.5pH=5.5-0.5log0.0853=6.03Zn(OH)2+2H++2e=Zn+2H2OE=E0-0.0002TPHE0=-0.44(5)可计算得E333=-0.44-0.0666pH,E363=-0.44-0.0726pHO2+4H++2e=2H2O(6)EO2/H2O=E0+0.0001TlogPO2-0.000198TpH查表得E0=1.229　当PO2=105Pa可计算得E333=1.229-0.60666pHE363=1.229-0.0726pH2

7、H++2e=H2(7)EH+/H2=E0-0.0002TpH-0.0001TlogPH2查表得E0=0　PH2=0可计算得E333=-0.0666pH,E363=0.0726pH根据计算结果作出Zn-H2O系电位——pH图,见图3。图三Zn-H2O系电位——pH图通过以上热力学计算可知,溶液中QZn为150g/L,即活度为0.0853时,锌开始水解的pH值为6.03,在实际生产中溶液含锌并非固定不变,随着锌离子活度的降低与升高,锌水解的pH值会发生移动,如活度为1时,其水解pH值