高寒地区氧压浸出过程中热力学的探究.pdf
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1、第44卷第4期2023年有色治金设计与研究8月高寒地区氧压浸出过程中热力学的探究乔晓明1,彭造伟2(1.武威市第二粮油储备库有限公司,甘肃武威7 3 3 0 0 9;2.青海湘和有色金属有限责任公司,青海西宁8 116 0 5)【摘要 结合青海某公司生产实际,介绍了闪锌矿的湿法冶炼工艺过程及基本参数,并从热力学角度对硫化锌精矿氧压浸出工艺的热能消耗及热量收入做出研究,针对高寒地区湿法冶金项目特点提出了相应的解决措施。【关键词 氧压浸出;热力学分析;热平衡;恰变中图分类号:TF813Study on Thermodynamics in the Process of Oxygen Pressure
2、 Leaching in Alpine RegionsAbstract Based on the production practice of a certain company in Qinghai,this paper introduces the hydrometallurgical processand basic parameters of sphalerite,and makes a study of the thermal energy consumption and heat income of the oxygen pressureleaching process of zi
3、nc sulfide concentrate from a thermodynamic perspective.Furthermore,the paper puts forward correspondingsolutions to the characteristics of hydrometallurgical projects in alpine regions.Keywords oxygen pressure leaching;thermodynamic analysis;heat balance;enthalpy change文献标志码:AQIAO Xiaoming,PENG Zao
4、wei?(1.Wuwei No.2 Grain and Oil Reserve Co.,Ltd.,Wuwei,Gansu 733009,China;2.Qinghai Xianghe Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Xining,Qinghai 811605,China)文章编号:10 0 4-43 45(2 0 2 3)0 4-0 0 11-0 4相较于常规湿法浸出工艺,氧压浸出具有高效节能、浸出率高、对矿石的适应性好、整体生产工艺成本投资低且环保等优势-3 。青海某公司是目前国内高寒地区采用硫化锌精矿氧压浸出工艺湿法炼锌的企业之一,地处青藏高原,海拔2 3 0 0 m
5、,年平均气温4.9。在常年低温干燥的气候环境下,锌氧压浸出工艺对能源消耗的要求比较高。该公司引人的加拿大Sherritt公司氧压浸出技术已投人生产多年,生产稳定,现已达产达标。然而,由于本项目所处环境的特殊性,导致其能源消耗费用是该企业生产过程中支出费用的最大部分。在氧压釜反应过程中,有时需将部分电解废液进行加热缓解釜温变化;有时又需要根据内部温度及氧气压力的变化,补充冷液对其降温;其他情况下,还可能导致热能的无效消耗。如何找到最佳的参数及规范化的操作流程,保证氧压釜的釜温稳定,是该厂节能降耗、延长氧压釜使用寿命、降低生产成本的关键。本文拟从热力学角度对氧压工艺热能消耗及收稿日期:2 0 2
6、2-11-18作者简介:乔晓明(19 8 9 一),男,工程师,主要从事企业管理及机械仓储设备材料选用、湿法炼锌研究等工作。热量收入进行分析,结合该厂具体生产情况,为高寒地区湿法冶金低碳环保生产提供技术支撑1闪锌矿的湿法冶炼工艺过程青海某公司氧压浸出工艺采用硫化锌精矿直接加压氧浸浸出上清液中和一硫酸锌溶液净化一大极板电积提锌一阴极锌熔铸的工艺流程。主要的流程如图1所示。硫酸硫化锌精矿氢气氧压浸出固液分离上清液底流净化硫回收电积浮选电解废液阴极锌硫精矿尾渣铸锭硫磺图1硫化锌氧压浸出一电积流程盐析效应不断加强。并且,由于硫元素析出成为硫单质,而在12 0 左右的时,硫单质会形成“硫膜状”包12控制
7、浸出温度145 155,釜内总压为10 0 0 1100kPa的条件下,采用两段连续氧压浸出,锌的浸出率达到9 8%以上,钢浸出为7 5%8 0%。原料主要成分见表1。表1钅锌精矿配矿化学成分质量分数成分项目ZnCdCuFeH.0Pb质量分数48.560.310.1111.18.380.6429.11.82拿氧压釜内水溶液性质2.1水溶液的密度硫化锌精矿在经过两段氧压浸出后,电解废液的主要成分如表2 所示。表2 电解废液的主要离子质量浓度成分项目Zn质量浓度57.0870189.94000.0007 20.0004 10.00025成分项目Fe质量浓度0.0059运用W.Hayduk密度公式计
8、算水溶液在2 5的密度:p=0.983 3 t+143.352 8 Fe+135.453 9 Zn?t+63.165 4H,S04+1 065.124式中:p为密度,g/L;t为温度,;Fe3+为Fe3+浓度,mol/L;Zn2+为Zn2+浓度,mol/L;H2SO4为H,SO4浓度,mol/L。代人计算得,p=1 330.27g/L。2.2水溶液的饱和蒸汽压根据W.Hayduk给出的水溶液饱和蒸汽压的经验公式,计算在150 下废电解液的蒸汽压:P 水溶液=exp(12.733 23-0.080 92H,S04-0.001 39 Zn?t-0.009 91Fer-4 741.66/T)式中;P
9、水溶液为水溶液的蒸汽压,MPa;H,SO4为H,SO4浓度,mo/L;Zn?+为 Zn2+浓度,mo/L;Fer为总Fe离子浓度,mo/L;T为温度,K。代人计算得,P水溶液=1.37 MPa。2.3氧气的溶解度在科明科加压浸出的工艺条件下,测定不同ZnSO4、H,S O 4、Fe 2(S O 4)3 浓度、不同温度下氧的溶解度,同时也给出了关系式;H10-=-3.8x10-5T?+0.020 063 T+0.237 88Ferl+0.814 682Zn2+0.074 23H,S04-0.703 14有色治金设计与研究计算溶液在2 5、50、10 0、150 下亨利系数的变化,计算结果见表3。
10、表3 不同温度下亨利系数温度/亨利系数H/(MPamol-L-l)%2550SSi02H,SO4CdMnNi4.955 00.001 2第44卷275.56266.69100234.71150183.73从表3 看出,随着温度的升高,亨利系数反而降低了。这违背了亨利定律,说明上述关系式存在一定的问题。同时,随着温度升高,在H,O-ZnSO4-H,SO4体系中出现了盐析效应,这也是导致氧在体系中溶解度降低的主要原因。随着温度逐渐升高后,锌精矿矿浆和硫酸发生反应,导致硫酸的质量浓度不断降低。同时,釜内的矿浆中的锌及其他元素质量分数也不断地降低,溶液中电解质的质量浓度不断升高,CoCuPb其他0.0
11、052裹在矿粒表面,此时形成的混合物的密度低于溶液密度。这就势必会导致在相同的分压下,氧气的溶解度降低。3釜内锌精矿热力学分析物质的反应热与其反应过程无关,而是与其起始状态有关 5。锌精矿在氧压浸出过程中,物料从2 5升温至150 的恰变H计算及物料浸出过程中释放的热量H2计算公式:AHi=Zim;AH;AH=H;,150-H;,25式中:m;为物料中组元i的摩尔数;H,为物料中组元i在温度由2 5上升到150 时的焰变。从Handbook of thermochemical data for compo-undsand aqueous species 高温水溶液热力学数据计算手册 7 中查找
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