多膛炉产氧化锌烟灰碱洗脱氟氯实验研究_孟玲菊.pdf

多膛炉产氧化锌烟灰碱洗脱氟氯实验研究孟玲菊 1，王艳 1，李平 2（1.河北民族师范学院，河北承德067000；2.承德医学院，河北 承德 067000）摘要：在湿法炼锌系统中，大量的氟氯离子不仅阻碍电解工序的顺利进行，同时也加速了设备的腐蚀。本文采用碱洗工艺脱除多膛炉高氟氯氧化锌烟灰中的氟、氯，研究了碳酸钠浓度、碱洗温度、碱洗时间、液固比、氢氧化钠浓度对氟氯脱除率及锌损失率的影响。结果表明，在碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间为 2 h，反应温度 80，矿浆液固比 51，氢氧化钠浓度为 40 g/L 的条件下，复合碱液对多膛炉氧化锌氟氯的脱除率较佳，分别为 85.01%、93.57%，锌的损失率为 2.67%。关键词：多膛炉；氧化锌；碱洗；脱氟氯doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.01.026中图分类号:TD952;TF813 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）01018203 我国是世界上最大的锌生产国，其产量多年居世界第一。炼锌方法可分为火法和湿法两大类。自 20 世纪 80 年代以来，世界上 85%以上的锌产量是由湿法炼锌生产的1。在湿法炼锌过程中，氧化锌烟尘是重要的二次含锌资源，主要有锌冶炼渣、二次资源火法处理烟尘、铅火法熔炼烟尘等2。这种氧化锌烟尘中，不仅含有大量Zn、Ge、Pb 等有价金属，同时也含有大量的 F、Cl 等有害杂质3。在氧化锌浸出过程中，F、Cl 会进入电解系统并不断富集，过高的氯离子会加重机械设备、管道的腐蚀2-3、破坏阳极板表面的氧化铅保护膜，降低阳极板的使用寿命，同时会使阴极锌中的铅含量超标，降低锌锭品级率4。含量超标的 F 会腐蚀阴极铝板，并在电解过程中形成锌铝固溶体，造成剥锌困难。因此，脱除氧化锌烟灰中的氟、氯显得尤为重要。目前，二次氧化锌烟灰脱氟氯的方法主要有火法焙烧5和湿法碱洗6-7两类。火法脱氟氯的典型代表有回转窑焙烧和多膛炉焙烧，火法脱氟氯工艺具有流程简单，操作稳定，设备庞大，能耗高等特点，但是此法不宜处理高铅高二氧化硅氧化锌烟尘，会引起炉料软化并使炉内结块，降低F、Cl 脱除率。湿法碱洗工艺具有设备操作简单，氟氯脱除率高，成本低等特点。因此，本文选择湿法碱洗工艺对氧化锌烟灰中的氟氯脱除率进行研究。1实验部分 1.1实验样品实验所用氧化锌烟灰从内蒙古某锌冶炼厂采集，采用 5 点取样法对样品混匀进行化验，结果见表 1。表 1 高氟氯烟灰主要成分/%Table 1 Main composition of fume with highfluorine-chlorineZnPbFeFCl其他23.5235.210.290.180.7540.05 由表 1 结果可知，多膛炉产氧化锌烟灰中以铅、锌为主，含量分别为 35.21%、23.52%，是较好的锌冶炼二次原料，但其 F、Cl 含量较高，需要预先脱除。通过 XRD 物相分析，多膛炉氧化锌烟灰中的锌主要以 ZnO、ZnS 的形式存在，铅主要以 PbSO4形式存在，氟氯主要以 PbFCl、ZnFCl的形式存在。1.2原理及方法碱洗法主要是通过复分解化学反应，在碱性环境中氧化锌烟灰中的 Zn、Pb 以碳酸盐或氢氧化 收稿日期:2021-11-01基金项目:河北民族师范学院基金项目（PT2019027,PT2021005）作者简介:孟玲菊（1979-），女，硕士，副教授，研究方向为物理化学。矿产综合利用 182 Multipurpose Utilization of Mineral Resources2023 年物的形式沉淀到渣相中，使氟、氯以钠盐形式进入溶液中。其主要化学反应方程式为：PbCl2+Na2CO3=2NaCl+PbCO3ZnCl2+Na2CO3=2NaCl+ZnCO3PbF2+Na2CO3=2NaF+PbCO3ZnF2+Na2CO3=2NaF+ZnCO3在进行碱洗脱氟氯实验时，配制一定浓度的碱溶液于烧杯中，并水浴加热到设定温度，随后缓慢加入一定量的高氟氯氧化锌烟灰，搅拌反应一定时间后进行真空抽滤，渣样烘干，最后化验渣样以及滤液，计算氟、氯的脱除率以及锌的损失率。2实验结果与讨论 2.1碳酸钠加入量对氟氯脱除率的影响实验中取样品 120 g，液固比为 31，碱洗温度为 80，碱洗时间设为 2.0 h，调整碳酸钠浓度为 0、20、50、100、150、200、250 g/L，实验结果见表 2。表 2 Na2CO3浓度对氧化锌烟灰 F、Cl 脱除率以及锌损失率的影响Table 2 Effect of sodium carbonate concentration on theremoval rate of F and Cl of zinc oxide soot andthe rate of zinc lossNa2CO3浓度/（gL-1）脱F率/%脱Cl率/%锌损失率/%025.3265.215.132032.6373.544.365044.2877.643.5210050.3885.592.1215063.2887.661.5620065.2288.022.0425066.5390.462.89 表 2 结果显示，仅水洗样品时，氟氯的脱除率相对较低，约为 25.32%、65.21%，并且锌的损失率达到 5.13%，随着碱洗液 Na2CO3浓度的增加，氟氯的脱除率也在升高，然而锌的损失率呈现先降低后升高的趋势，主要是因为在较高 pH 值下，渣中的锌又形成了可溶性的锌络合物，引起锌的溶解损失。综合分析后选择 Na2CO3浓度在150 g/L 为宜。2.2碱洗时间对氟氯脱除率的影响实验中取样品 120 g，液固比为 31，碱洗温度为 80，碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间设为1、1.5、2、2.5、3 h，实验结果见表 3。表 3 结果表明，当碱洗时间逐渐增加到 2 h时，氟氯脱除率有所提高，锌损失率稍有降低，但降低不太明显，继续延长碱洗时间，氟氯脱除率以及锌损失率均趋于稳定。综合考虑后碱洗时间选择 2 h 为宜。表 3 碱洗时间对氧化锌烟灰 F、Cl 脱除率以及锌损失率的影响Table 3 Effect of alkaline washing time on the removal rateof F and Cl of zinc oxide soot and the rate of zinc loss碱洗时间/min脱F率/%脱Cl率/%锌损失率/%6051.8672.141.849057.3579.681.6612064.2386.841.6115066.0487.691.5818065.9488.011.64 2.3碱洗温度对氟氯脱除率的影响实验中取样品 120 g，液固比为 31，碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间设为 2 h，水浴加热到不同温度，研究碱洗温度对氟氯脱除率的影响，实验结果见表 4。表 4 碱洗温度对氧化锌烟灰 F、Cl 脱除率以及锌损失率的影响Table 4 Effect of alkaline washing temperature on theremoval rate of F and Cl of zinc oxide soot andthe rate of zinc loss碱洗温度/脱F率/%脱Cl率/%锌损失率/%3051.3876.691.744055.2881.061.696059.4785.541.628065.4987.011.599068.2488.111.68 表 4 结果表明，随着碱洗温度的升高，氟氯脱除率逐渐提高，锌损失率基本无明显变化，可能是由于高温强化了化学反应，同时增加了氟氯的挥发；当温度升高到 80 时，氟氯的脱除率分别为 65.49%、87.01%，达到相对较高的水平，综合考虑能耗等因素，碱洗温度选择 80 为宜。2.4矿浆液固比对氟氯脱除率的影响实验中取样品 120 g，碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间设为 2 h，水浴加热到 80，调整矿浆液固比，研究不同液固比对氟氯脱除率的影响，实验结果见表 5。表 5 矿浆液固比对氧化锌烟灰 F、Cl 脱除率以及锌损失率的影响Table 5 Effect of slurry-liquid-solid ratio on the removal rateof F and Cl of zinc oxide soot and the loss rate of zinc矿浆液固比脱F率/%脱Cl率/%锌损失率/%2:161.2480.021.413:166.1086.871.524:169.8590.261.765:173.0992.031.876:175.0192.122.01第 1 期2023 年 2 月孟玲菊等：多膛炉产氧化锌烟灰碱洗脱氟氯实验研究 183 表 5 结果表明，随着矿浆液固比的提高，氟氯的脱除率逐渐提高，而锌的损失率也有升高趋势；当液固比大于 3 时，氟氯脱除率提高速率降低，综合考虑湿法炼锌对系统体积平衡的要求以及水处理工序的负荷，矿浆液固比选择 51 为宜。2.5混合碱液对氟氯脱除率的影响从碳酸钠碱洗脱氟氯的实验结果可知，氟氯的脱除率相对较低，仍有较大的提升空间，因此通过加入一定浓度的氢氧化钠，研究复合碱液对氟氯的脱除效果。实验中取样品 120 g，碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间设为 2 h，水浴加热到 80，矿浆液固比 5:1，通过加入不同量的氢氧化钠，研究复合碱液对氟氯脱除率的影响，实验结果见表 6。表 6 复合碱液对氧化锌烟灰 F、Cl 脱除率以及锌损失率的影响Table 6 Effect of composite lye on the removal rate of F andCl of zinc oxide soot and the rate of zinc lossNaOH浓度/(gL-1)脱F率/%脱Cl率/%锌损失率/%1072.6991.671.912075.0693.652.123081.5893.762.284085.0193.572.675085.9493.842.98 表 6 结果表明，随着氢氧化钠加入量的增加，氟的脱除率以及锌损失率有较大提高，而氯的脱除率提升不明显；其中氟的脱除率由 73.09%提高到 85.94%。锌的损失率也从 1.87%增加到2.98%。综合考虑氟氯脱除率、锌损失率、成本等因素，NaOH 加入量为 40 g/L 为佳。3结论本文通过碱洗脱多膛炉产氧化锌烟灰，研究了碳酸钠加入量、反应温度、反应时间、矿浆液固比、复合碱液对氟氯脱除率以及锌损失的影响，结果显示：在碳酸钠浓度为 150 g/L，碱洗时间为 2 h，反应温度 80，矿浆液固比 51，氢氧化钠浓度为 40 g/L 的条件下，复合碱液对多膛炉氧化锌氟氯的脱除率较佳，分别为 85.01%、93.57%，锌的损失率为 2.67%。参考文献:1 申亚芳,张馨圆,王乐,等.氧化锌矿处理方法现状J.矿产综合利用,2020(2):23-28.SHEN Y F,ZHANG X Y,WANG L,et al.Preparation of zincand its compounds from zinc oxide oreJ.MultipurposeUtilization of Mineral Resources,2020(2):23-28.2 包洪光.湿法炼锌中脱氟氯技术研究J.世界有色金属,2017(15):258-259.BAO H G.Research on technology of removing fluorine andchlorine in hydrometallurgical zinc smeltingJ.WorldNonferrous Metals,2017(15):258-259.3 森维,孙红燕,李正永,等.氧化锌烟尘中氟氯脱除方法的研究进展J.云南冶金,2013,42(6):42-45.SEN W,SUN H Y,LI Z