湿法炼锌矿浆絮凝沉降效果研究.DOC

1、湿法炼锌矿浆絮凝沉降效果研究陈先友 1，朱北平 1，陈钢 1，姚应雄 1，邓志敢 2（1.云锡文山锌铟冶炼有限公司 云南文山 663701；2.昆明理工大学，昆明 650093）摘要：针对中性浸出弱酸浸出还原浸出沉铜赤铁矿法除铁的湿法炼锌过程中的各种矿浆进行絮凝沉降试验，全面分析了影响矿浆絮凝沉降效果的主要因素，包括絮凝剂分子结构、分子量、配制浓度、加入量、加入方式，矿浆温度、pH、固含量、胶体含量等；根据矿浆的性质选择不同种类的絮凝剂，并通过采取一些调控措施，优化矿浆絮凝沉降效果，以取得良好的液固分离效果和经济效益。关键词：湿法炼锌；矿浆；液固分离；絮凝沉降中图分类号：TF813；TF803

2、.21 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）10-0000-00Study on Flocculation Settling Effect of Slurry of Zinc HydrometallurgyCHEN Xian-you1, ZHU Bei-ping1, CHEN Gang1, YAO Ying-xiong1, DENG Zhi-gan2(1. Yunxi Wenshan Zinc Indium Smelting Co., Ltd., Wenshan 663701, Yunnan, China; 2. Kunming University of Science

3、and Technology, Kunming 650093, China)Abstract：Flocculation settling test was conducted for various slurries in zinc hydrometallurgy. The test included neutral leaching, low acid leaching, reduction leaching of residues, and iron removal with hematite precipitation. Effects of molecular structure, m

4、olecular weight, preparation concentration, dosage and feeding method of flocculant, and temperature, pH value, solid content and colloid content of slurry on flocculation settling were comprehensively analyzed. Flocculants are selected according to properties of pulp. Proper controlling measurement

5、s are adopted to optimize flocculation and sedimentation of slurry and achieve good liquid-solid separation and economic benefits.Key words：zinc hydrometallurgy; slurry; liquid-solid separation; flocculation settling絮凝剂是一种高效的液固分离添加剂，在选矿、冶金、水处理、石油、化工等行业得到广泛运用 1，尤其在湿法炼锌企业发挥着巨大的作用。絮凝沉降不仅可以提高上清液的质量，还可以增

6、大浓密机能力，同时具有投资小、生产成本低、处理量大等优点 2。目前，湿法炼锌企业中普遍使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺（PAM），聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺（AM ）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物。絮凝剂按离子特性可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型 4 种 3。非离子型絮凝剂主要用于湿法冶炼，阴离子型絮凝剂主要用于选矿，阳离子型絮凝剂主要用于污水处理。湿法炼锌行业大部分选用非离子型 PAM，能吸附矿浆中悬浮的固体粒子，使得粒子间桥架形成大的絮凝团，然后在重力作用下沉降，提高溶液的澄清效果和底流过滤效果 4，是一种环境友好型试剂 5。生产实践表明，絮凝过程不仅与矿浆温度、pH 、电导、固

7、含量、比表面积、悬浮颗粒表面性质、SiO2、Fe(OH) 3 等胶体含量有关，还与絮凝剂分子结构、分子量、电荷密度、配制浓度、加入量、加入方式有关，絮凝剂必须通过试验来选择。本研究针对文山锌铟冶炼有限公司自主研发的“中性浸出弱酸浸出还原浸出沉铜赤铁矿法除铁”的湿法炼锌过程中产出的中性浸出矿浆、弱酸浸出矿浆、还原浸出矿浆、沉铜矿浆 6-7，分别试验了多种絮凝剂，对比研究了各种絮凝剂对矿浆的絮凝沉降效果，为絮凝剂选型提供依据。1 试验1.1 絮凝作用机理絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程 8-10，凝聚体在絮凝剂长分子链的桥架作用下生成大体积的絮凝团，絮凝团长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉

8、淀，从而达到液固分离的效果。1.2 试验设备和原料湿法炼锌试验成套装备（日处理量 100 kg）、玻璃棒、恒温水浴锅、磁力搅拌器、电子天平、烧杯、量筒、移液管等。试验原料为锌焙烧矿中性浸出弱酸浸出还原浸出还原浸出液铁粉置换沉铜 6-7湿法炼锌过程中产出的中性浸出矿浆、弱酸浸出矿浆、还原浸出矿浆、置换沉铜矿浆。絮凝剂型号及主要特性如表 1 所示。矿浆主要性质如表 2 所示。收稿日期：2018-05-07基金项目：国家自然科学基金资助项目（51564030，51664030）作者简介：陈先友（1990-），男，云南曲靖人，本科，工程师；通信作者：邓志敢（1983- ），男，河北沧州人，博士，讲师.

9、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .10.001表 1 絮凝剂型号及主要特性Table 1 Flocculant type and main characteristics絮凝剂型号 离子类型 离子度/水解度 分子量传统 3#(PAM)* 非离子 0 100 万左右FA920SH 非离子 0 600 万左右FA920VHM 非离子 0 800 万左右AN905SH 阴离子 水解度 3 900 万左右AN910SH 阴离子 水解度 7 1 000 万左右4125 阳离子 离子度 8 300 万左右4190 阳离子 离子度 12 500 万左右注：*传统 3#(P

10、AM)即聚丙烯酰胺，其他絮凝剂所注代码均为行业内通用代码表 2 矿浆性质Table 2 Slurry properties物理性质 溶液主要成分/(g L-1)矿浆类型 温度 /固含/(gL-1)固体主要物相组成 Zn Fe Fe3+ Cu SiO2 H2SO4中性浸出 75 16.2 ZnFe2O4、ZnSiO2143.5 0.005 0.00 0.568 0.065 pH5.0弱酸浸出 85 37.5 ZnFe2O4、ZnSiO2135.2 0.85 0.05 0.256 0.185 pH3.0还原浸出 85 11.2 SiO2、 CaSO4、 PbSO485.61 45.74 0.00

11、1.49 0.257 45.38置换沉铜 85 2.5 CuO、Cu 3As 86.23 47.15 0.00 0.035 0.286 43.861.3 试验方法1）用蒸馏水作溶剂依次将粉状絮凝剂配制成 1浓度的絮凝剂溶液。2）用量筒量取 1 500 mL 矿浆置于 2 000 mL 烧杯中，装上搅拌。3）开启搅拌，用移液管加入(515)10 -6 不同型号的絮凝剂溶液，以 50 r/min 左右速度搅拌 1 min。4）停止搅拌后立即将矿浆转移至量筒中，开始计时，静置观察絮团情况和沉降效果，5 min 记录一次上清液高度。2 试验结果及讨论2.1 中性浸出矿浆絮凝试验在中性浸出反应末槽出口取

12、 1 500 mL 矿浆，分别添加以上 7 种絮凝剂进行絮凝沉降试验，观察记录其沉降情况，试验结果如表 3 所示。表 3 中性浸出矿浆絮凝试验结果Table 3 Flocculation test results of neutral leaching slurry不同时间上清率/%絮凝剂型号 絮凝剂量/10 -6 1 min 2 min 5 min 15 min底流含固/%沉降速率絮团大小上清液质量传统 3# 15 67.10 73.23 78.36 87.89 38.85 快 大FA920SH 5 72.64 79.70 84.75 92.87 45.50 较快 较大FA920VHM 5

13、71.60 78.60 83.18 91.65 43.34 较快 较大AN905SH 6 71.67 78.75 83.50 91.89 43.70 较快 较大AN910SH 5 69.58 76.24 81.90 90.00 41.46 较快 较大4125 5 71.25 77.80 82.35 91.30 42.80 较快 较大4190 6 72.00 79.26 83.9 92.18 44.54 较快 较大较清亮，浅蓝色，有少量细小悬浮注：1)絮凝剂量为刚好保证上清液清亮；2) 底流含固量指从连续扩大试验浓密机底部排出的底流含固量由表 3 可知，几种絮凝剂均可保证中性浸出矿浆良好的絮凝沉

14、降效果，絮团较大，沉降速率快，1 min 即可达到 70%左右的上清率，15 min 后可达到 90%以上的上清率，且上清液透亮，完全满足生产需求。但传统3#用量相对较大，因为分子量较低，桥架能力相对较弱。但在试验过程中发现，随着浸出剂溶液中铁含量的增加，在 pH 5.0 的条件下，生成的 Fe(OH)3 胶体增多，中性浸出矿浆絮凝沉降速率变慢，上清率和底流含固量降低。生产实践证明，要保证中性浸出矿浆达到 90%以上的上清率和 40%以上的底流含固量，浸出剂溶液含铁应控制在 2 g/L 以下。2.2 弱酸浸出矿浆絮凝试验在弱酸浸出反应末槽出口取 1 500 mL 矿浆，分别添加以上 7 种絮凝

15、剂进行絮凝沉降试验，观察记录其沉降情况，试验结果如表 4 所示。表 4 弱酸浸出矿浆絮凝试验结果Table 4 Flocculation test results of weak acid leaching slurry不同时间上清率 /%絮凝剂型号 絮凝剂量/ 10-6 1 min 2 min 5 min 15 min底流含固/%沉降速率絮团大小 上清液质量传统 3# 2040 0 0 0 50 - 较慢 较小 较浑浊，有悬浮物FA920SH 10 52.55 70.70 80.50 85.65 38.20 较快 大 透亮，少量悬浮物FA920VHM 12 50.87 68.40 78.90

16、 83.50 36.60 较快 大 透亮，少量悬浮物AN905SH 25 44.60 63.47 75.35 78.65 27.65 快 大 清亮，少量细小悬浮AN910SH 20 49.77 66.00 77.20 80.10 30.40 快 大 清亮，少量细小悬浮4125 32 43.90 61.78 73.65 76.84 22.68 快 大 清亮，少量细小悬浮4190 28 48.55 63.85 77.00 79.35 25.45 快 大 清亮，少量细小悬浮注：絮凝剂量为刚好保证上清液清亮（传统 3#除外）由表 4 可知，传统 3#絮凝剂对弱酸浸出矿浆无明显絮凝效果；FA920SH、

17、FA920VHM 絮凝剂 1010-6 左右的用量即可保证弱酸浸出矿浆良好的沉降效果，上清率可达 80%以上，且上清液透亮，底流含固量可达 35%以上，但前提是必须精准、稳定控制矿浆过程 pH 在 2.53.0，让溶液中 510 g/L 的 Fe3+以 Fe2O3xH2O 而非Fe(OH)3 形式沉淀，否则将直接影响沉降效果和絮凝剂耗量；AN905SH、AN910SH 、4125、4190 絮凝剂也可实现弱酸浸出矿浆同样的沉降效果，但必须以(2030)10 -6 的高耗量为代价，势必增加生产成本，且会带入系统大量有机物，影响锌电解过程的进行，主要体现为烧板。2.3 还原浸出矿浆絮凝试验在还原浸

18、出反应末槽出口取 1 500 mL 矿浆，分别添加以上 7 种絮凝剂进行絮凝沉降试验，观察记录其沉降情况，试验结果如表 5 所示。表 5 还原浸出矿浆絮凝试验结果Table 5 Flocculation test results of reductive leaching slurry不同时间上清率/%絮凝剂型号絮凝剂量/ 10-6 1 min 2 min 5 min 15 min底流含固/%沉降速率絮团大小 上清液质量传统 3# 40 0 0 0 30 - 较慢 较小 浑浊，有大量悬浮颗粒FA920SH 10 62.10 69.45 75.00 78.80 21.57 较快 较大 透亮，翠绿

19、色，少量细小悬浮FA920VHM 8 65.56 73.87 79.35 82.50 25.46 较快 较大 透亮，翠绿色，少量细小悬浮AN905SH 20 57.20 65.56 70.00 72.62 17.25 较快 较大 透亮，黄绿色，较多细小悬浮AN910SH 16 60.00 68.90 72.54 76.45 20.70 较快 较大 透亮，黄绿色，较多细小悬浮4125 28 52.45 61.60 65.95 68.00 12.63 较快 较大 透亮，黄绿色，较多细小悬浮4190 23 54.84 63.55 68.30 70.85 15.80 较快 较大 透亮，黄绿色，较多细小

20、悬浮注：絮凝剂量为刚好保证上清液清亮（传统 3#剂除外）由表 5 可知，传统 3#絮凝剂对还原浸出矿浆无明显絮凝效果；FA920SH、FA920VHM 絮凝剂 1010-6 左右的用量即可保证还原浸出矿浆良好的沉降效果，且较稳定，上清率可达 80%左右，上清液透亮，底流含固量在 20%左右；AN905SH 、 AN910SH、4125、4190 絮凝剂要使还原浸出矿浆获得良好的沉降效果，必须加入大量的絮凝剂，且上清液质量始终不及 FA920SH、FA920VHM 的好，上清液中细小悬浮颗粒较多。若此过程加入的絮凝剂较多，在后续铁粉沉铜过程中有机物将包裹铁粉，直接影响沉铜过程的反应速率和沉铜效果

21、，同时增加铁粉耗量。2.4 沉铜矿浆絮凝试验在沉铜反应末槽出口取 1 500 mL 矿浆，分别添加以上 7 种絮凝剂进行絮凝沉降试验，观察记录其沉降情况，试验结果如表 6 所示。表 6 沉铜矿浆絮凝试验结果Table 6 Flocculation test results of precipitated copper slurry不同时间上清率/%絮凝剂型号 絮凝剂量 /10-6 1 min 2 min 5 min 15 min底流含固 /%沉降速率 絮团大小 上清液质量传统 3# 1030 90 90 90 90 3.72 较慢 大小均布FA920SH 520 90 90 90 90 8.8

22、6 较慢 大小均布FA920VHM 520 90 90 90 90 6.65 较慢 大小均布AN905SH 520 90 90 90 90 7.15 较慢 大小均布AN910SH 520 90 90 90 90 6.20 较慢 大小均布4125 520 90 90 90 90 6.39 较慢 大小均布4190 520 90 90 90 90 8.47 较慢 大小均布上清液表面漂浮有少量铜渣，上清液中有较多细颗粒悬浮物，长时间难以沉降，底流量少由表 6 可知，由于矿浆含固量较低，所有型号的絮凝剂对沉铜矿浆的絮凝沉降效果均不明显。铜渣絮团与溶液的密度差较小，沉降缓慢，部分铜渣直接浮于上清液表面，且

23、上清液中均布有较多未被絮团的细小颗粒，即使加大絮凝剂量也未能改善此状况。开始一段时间，絮团和底流中有小气泡产生，为未反应完全的铁粉与酸反应产生氢气所致。针对此问题，进行试验研究，最终采取返回 30%40%底流增加矿浆含固量辅助沉降的方法有效解决了该问题。矿浆含固量增加，絮团与细小颗粒的接触机率增大，成功将其捕捉絮凝，获得了良好的沉降效果，保证了沉铜上清液良好的物理质量，为后续过程的顺利进行提供了有利条件。3 结论1)中性浸出矿浆使用阴离子、阳离子、非离子型高分子絮凝剂均可获得较好的絮凝沉降效果，絮凝剂耗量在 510-6 左右，且沉降迅速，上清率高，上清液透亮；传统 3#絮凝剂（PAM）因分子量

24、较小，要达到同样的沉降效果，需要增加两倍之多的用量。2)弱酸浸出和还原浸出矿浆不宜使用阴离子和阳离子型絮凝剂，添加 1010-6 左右的非离子絮凝剂FA920SH、FA920VHM 即可获得良好的絮凝沉降效果，初始上清中有少量悬浮颗粒，澄清 1.52.0 h，上清液澄清度明显改善，完全符合工艺要求；而传统 3#絮凝剂对于弱酸浸出和还原浸出矿浆则无明显絮凝效果。3)沉铜矿浆由于矿浆含固量较低，几种类型絮凝剂的絮凝效果均不理想，上清液中的细小颗粒难以被絮凝干净，但通过返回 30%40%沉铜底流增加矿浆含固量后，絮凝沉降效果明显变好，上清液质量满足后续工序要求。相比之下，FA920SH 絮凝剂的用量

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