濕法煉鋅鐵釩除鐵工藝管路結(jié)晶的機(jī)理探討

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.04.001濕法煉鋅鐵釩除鐵工藝管路結(jié)晶的機(jī)理探討肖娟1，王文磊2，曾德文1（1.中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，長沙 410083；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 理學(xué)院，長沙 410004）摘要：通過對(duì)濕法煉鋅過程所涉及的三元體系M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K，Na，NH4)溶解度相圖的比較研究，發(fā)現(xiàn)在上述三元體系中，在一般的冶煉工藝條件下，復(fù)鹽（如(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)、Na2SO4·ZnSO4·4H2O(s)、K2SO4·ZnSO4·6H2O(

2、s)遠(yuǎn)比單鹽（如ZnSO4·7H2O(s)、Na2SO4(s)、K2SO4(s)）要容易析出得多。這些復(fù)鹽在溶液中的溶解度均隨著溫度的降低而降低，是管路結(jié)晶的主要誘因。溶解度較小的(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)生成是導(dǎo)致黃銨鐵釩除鐵過程管路易結(jié)晶堵塞的主因。關(guān)鍵詞：濕法煉鋅；黃鉀鐵礬；溶解度；結(jié)垢；硫酸銨；硫酸鈉；硫酸鉀中圖分類號(hào)：TF813文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-7545（2016）04-0000-00Mechanism Study on Crystallization in Pipeline during Iron Removal b

3、y Jarosite Method in Zinc HydrometallurgyXIAO Juan1, WANG Wen-lei2, ZENG De-wen1(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. College of Science, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)Abstract: Based on co

4、mparative analysis on solubility phase diagrams of ternary systems M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K, Na, NH4) concerned in zinc hydrometallurgical process, it is revealed that double salts (NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s), Na2SO4·ZnSO4·4H2O(s), and K2SO4·ZnSO4·6H2O(s) are much easier to pre

5、cipitate from electrolyte solutions than their single salts (NH4)2SO4, Na2SO4, K2SO4, and ZnSO4·6H2O(s). Drops of solubility of these salts (-hydrates) with decreasing temperature can cause scaling on wall of pipelines. Lower solubility of (NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s) makes it easier to sc

6、ale when ammonium jarosite substitutes potassium jarosite or sodium jarosite to remove iron in zinc hydrometallurgy.Key words: zinc hydrometallurgy; jarosite; solubility; scaling; ammonium sulfate; sodium sulfate; potassium sulfate黃鉀鐵釩除鐵是目前鋅濕法冶煉過程所使用的3大除鐵方法之一。其主要優(yōu)點(diǎn)在于它可以直接處理含鐵高的高酸鋅焙砂浸出液，所形成的鐵釩過濾性能好，過

7、濾成本低。由于鉀的價(jià)格高，人們嘗試著用鈉鹽或者用更廉價(jià)的銨鹽代替鉀鹽進(jìn)行除鐵。當(dāng)用銨鹽替代鉀鹽進(jìn)行除鐵時(shí)，工廠的管路更容易發(fā)生結(jié)晶堵塞，處理非常困難，因此探究其結(jié)晶機(jī)理，以便采取相應(yīng)的措施，降低或消除管路結(jié)晶危害。1 三元體系M2SO4-ZnSO4-H2O(M=NH4,Na,K)的溶解度相圖濕法煉鋅鐵釩除鐵過程所涉及的M2SO4-ZnSO4-H2O(M=NH4,Na,K)三元體系的溶解度等溫線（如圖1所示）已有廣泛的研究1-8。在上述所有的三元體系中，在25100 的范圍內(nèi)，所涉及的固相如(NH4)2SO4(s)、Na2SO4(s)、K2SO4(s)、ZnSO4·7H2O(s)、K2

8、SO4·ZnSO4·6H2O(s)、Na2SO4·ZnSO4·4H2O(s)、(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)等的溶解度均隨著溫度的降低而降低?？梢酝茰y，溫度的降低應(yīng)是導(dǎo)致管路結(jié)晶堵塞的主要原因。收稿日期：2015-11-05基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（21176261）作者簡介：肖娟（1990-），女，湖南瀏陽人，碩士研究生. (a)K2SO4；(b)(NH4)2SO4；(c)Na2SO4圖1 M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K, Na, NH4)體系在不同溫度下的溶解度等溫線Fig.1 Solubili

9、ty isotherms in M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K, Na, NH4) system under different temperature通常鋅焙砂高溫浸出液含鋅在150 g/L左右，即硫酸鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在30%左右，如圖1中星號(hào)所示。在25 下，如果硫酸鋅晶體要結(jié)晶出來，則硫酸鋅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)至少要增加到37%左右。對(duì)于鋅含量為150 g/L的溶液來說，硫酸鋅的結(jié)晶一般不會(huì)發(fā)生。然而，隨著一價(jià)硫酸鹽的加入，結(jié)晶的可能性卻發(fā)生了改變。如圖2所示，復(fù)鹽K2SO4·ZnSO4·6H2O(s)和(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s

10、)在25 的溶解度等溫線非常接近鋅焙砂浸出液的組成點(diǎn)（星號(hào)）。這意味著，向溶液中加入K2SO4或(NH4)2SO4形成鐵釩除鐵時(shí)，除鐵后多余的鹽會(huì)導(dǎo)致復(fù)鹽的生成，而復(fù)鹽K2SO4·ZnSO4·6H2O(s)和(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)的溶解度遠(yuǎn)比Na2SO4·ZnSO4·4H2O(s)小得多。在25 下，雖然K2SO4在純水中的溶解度遠(yuǎn)小于(NH4)2SO4，而K2SO4·ZnSO4·6H2O(s)的溶解度卻高于(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)。復(fù)鹽Na2SO4

11、·ZnSO4·4H2O(s)在25 下的溶解度明顯要高于另外兩種鹽，主要原因是該復(fù)鹽的結(jié)晶水含量不同于其它復(fù)鹽。圖2 M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K,Na,NH4)體系在25 的溶解度等溫線比較Fig.2 Comparison of solubility isotherms in M2SO4-ZnSO4-H2O (M=K, Na, NH4) system at 25 2 管路結(jié)晶的機(jī)理探討如前所述，國內(nèi)某鋅冶煉廠在用黃銨鐵釩代替黃鉀鐵釩除鐵時(shí)，發(fā)現(xiàn)管道堵塞更容易發(fā)生。我們對(duì)管道堵塞物進(jìn)行了XRD分析，結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)物主要為(NH4)2SO4·Z

12、nSO4·6H2O(s)晶體。這一結(jié)果與前面的理論分析是一致的，即(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)比Na2SO4·ZnSO4·4H2O(s)和K2SO4·ZnSO4·6H2O(s)的溶解度更低，更容易生成沉淀。圖3 管道堵塞物XRD譜Fig.3 XRD pattern of scaling in pipeline3 管路結(jié)晶的防治對(duì)策M(jìn)ervyn9首次對(duì)黃銨鐵釩除鐵所涉及的體系(NH4)2SO4-Fe2(SO4)3-H2SO4-H2O的溶解度相圖進(jìn)行了研究，給出了黃銨鐵釩的形成條件。他們的研究表明，若要把鐵除到

13、1 g/L以下，則銨離子的濃度至少要維持在1 g/L(即(NH4)2SO4質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.4%)以上。而要避免(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)在25 下的生成，如圖2所示，則溶液中(NH4)2SO4質(zhì)量百分?jǐn)?shù)要控制在1.6%以下。因此，若既要生成黃銨鐵釩，又要避免(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)的結(jié)晶危害，在黃銨鐵釩除鐵終了時(shí)，溶液中(NH4)2SO4含量應(yīng)控制在0.4%1.6%。4 結(jié)論1）在同等溫度和硫酸鋅濃度下，(NH4)2SO4·ZnSO4·6H2O(s)的溶解度比Na2SO4·ZnSO4

14、·4H2O(s)和K2SO4·ZnSO4·6H2O(s)更低，這是導(dǎo)致用黃銨鐵釩除鐵比用黃鉀或黃鈉鐵釩除鐵更容易導(dǎo)致管路堵塞的根本原因。2）黃銨鐵釩除鐵終了時(shí)，溶液中(NH4)2SO4質(zhì)量百分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.4%1.6%。參考文獻(xiàn)1 SHEVCHUK V G，LEPESHKOV I N. Solubility of isotherms in the quaternary system Na2SO4-ZnSO4-(NH4)2SO4-H2O at 35 J. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii，1956，1：1888-1895.2 CAVEN

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