湿法炼锌过程中结晶的相关动力学及热力学研究

作     者：张彭汝 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾德文

授予年度：2013年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：湿法炼锌 除钙 硫酸钙 动力学 热力学 

摘      要：湿法炼锌过程中钙等结晶危害是湿法冶金领域亟待解决的难题。为了揭示钙结晶在湿法炼锌过程中形成原因和结晶机理,提出合理的消除危害性结晶的方法,本文进行了以下研究： 测定了二水硫酸钙和无水硫酸钙在不同温度下(25-80℃),不同硫酸锌溶液(含锌95g/L、167g/L、161g/L)中12h的溶解浓度。结果表明,在一定温度下,二水硫酸钙和无水硫酸钙的溶解度都随着硫酸锌浓度的增加而减小;在一定浓度的硫酸锌溶液中,二水硫酸钙溶解度随温度的升高而增加,而无水硫酸钙溶解度随温度的升高而减小,在短时间内不同晶型的浓度变化趋势与其热力学的溶解度相一致。 研究了不同晶型的硫酸钙在不同温度和硫酸浓度下的相互转化速率。研究发现,在硫酸浓度低于3mol·kg-1温度为90℃时,二水硫酸钙自发完全转化为无水硫酸钙至少需要36h,由此推断,Zdanovskii所报道的相转化和平衡时间只有6小时的无水硫酸钙在硫酸中的溶解度数据不能看作是平衡溶解度数据。研究还发现,在二氧化碳饱和的溶液中,实际的二水硫酸钙-无水硫酸钙晶型转化趋势与热力学理论转化趋势相反,二氧化碳的影响机理有待进一步研究。 借助Pitzer热力学模型,模拟预测了ZnSO4-(NH4)2SO4-H2O体系在298.15K下的溶解度等温线,证实文献(Journal of the Chemical Society,1933,30:943-946;Journal of the American Chemical Society,1938,60：1099-1104.)报道的数据是可靠的,而文献(Guocheng Gongcheng Xuebao,2006,6:32-36.)报道的是不可靠的。由此推知,要避免在锌湿法冶金过程用黄铵铁矾除铁时危害性结晶的生成,则要控制硫酸铵的浓度而非硫酸锌的浓度。