[发明专利]一种锌湿法冶炼砷盐净化除钴过程废酸添加控制方法

说明书

技术领域

本发明属于湿法炼锌净化除钴过程控制技术领域，涉及一种锌湿法冶炼砷盐净化除钴过程废酸添加控制方法。

 

背景技术

锌湿法冶炼生产过程中，钴离子浓度过高会引起电解“烧板”，净化除钴是硫酸锌溶液电解前一个极其重要的工序。砷盐净化除钴是在温度、溶液合金含量(能促进除钴反应，通过返回浓密机底流调节)、BT值 (Back Titration: BT，即反滴定值)、铜离子浓度合理的情况下，向溶液中加入砷盐溶液(砷盐起稳定剂和活化剂作用)和锌粉(添加锌粉控制溶液的氧化还原电位在合适的范围)，从而使溶液中的Co²⁺以CoAs合金形式在溶液中沉淀分离出来，使硫酸锌溶液中钴离子降到适合电解的程度。

返回浓密机底流(底流中合金、碱式硫酸盐含量较高)的砷盐净化除钴新工艺，采用BT值代替传统的PH值衡量溶液的酸碱度，BT值太高，意味着溶液中碱式硫酸盐含量较高，阻碍锌粉与钴离子的接触，降低了除钴反应速率；且碱式硫酸盐会严重影响压滤机压滤，甚至造成压滤机滤布堵塞(除钴反应器溶液的溢流首先进入浓密机，浓密机溢流进入压滤机，压滤后溶液送除镉工序)；BT值太低，氢离子易与锌粉反应生成氢气，加大了锌粉的浪费，且由于析氢与置换除钴是竞争还原关系，因此还降低除钴反应的速率。通过添加电解后的废硫酸(简称“废酸”)控制反应器中溶液的BT值。

砷盐净化除钴过程，影响溶液BT值三个主要因素为砷盐、返回的底流、添加的锌粉，这三个主要因素又分别受多个变量(变量参数波动范围较大)影响，且复杂的砷盐净化除钴化学反应，使得废酸添加量计算中一些关键系数难以确定，造成控制溶液BT值的废酸添加量的设定极为困难。以往一直凭人工经验设定或调整废酸，经常出现BT值大幅度波动，极大的增加了压滤机压滤困难的机率，降低了出口钴离子的合格率。因此，针对砷盐净化除钴的特点，研究建立了基于砷盐净化除钴化学反应机理和物料衡算的废酸添加数学模型，对数学模型计算值出现的偏差，采用适合净化除钴过程流量变化的变论域模糊专家规则修正废酸添加量，使得废酸添加控制具有自适应能力，对于砷盐净化除钴过程的稳定和优化运行具有重要意义。 

发明内容

本发明的目的在于解决砷盐净化除钴过程废酸添加控制困难的问题，提出了一种数学模型和变论域模糊专家规则相结合的废酸添加控制方法。

本发明的主要内容如下：

一种锌湿法冶炼砷盐净化除钴过程废酸添加控制方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步：建立砷盐净化除钴过程废酸添加数学模型

砷盐净化除钴过程通过添加废酸控制除钴反应器中溶液的BT值(每2小时人工化验一次)，影响BT值的主要因素有砷盐溶液、返回的浓密机底流和添加的锌粉。综合考虑影响BT值的三个因素，建立了废酸添加的数学模型，具体为： 

步骤1：计算砷盐需消耗的废酸

砷盐净化除钴过程，砷盐根据单位时间内进入除钴反应器的铜、钴和镍离子的摩尔量进行连续添加，添加公式为：

                                (1)

式中、和分别表示单位时间内流入反应器的铜、钴和镍离子(离子浓度每2小时化验一次)总的摩尔量，取决于除铜后液流量(净化除钴的前一个工序是除铜工序，除铜工序保留一定量的铜离子，除铜工序后的溶液简称“除铜后液”)和除铜后液中铜、钴和镍离子的浓度；表示单位时间内所需要的砷的摩尔量，为调节系数，根据入口铜离子浓度进行适当调节。

由于三氧化二砷很难溶解于硫酸锌溶液，故先将三氧化二砷粉末溶解于高浓度NaOH溶液中，反应生成易溶于硫酸锌溶液的NaAsO₂；由于砷盐溶液为强碱性溶液，若不将其酸化，极易造成与除铜后液等混合后的溶液BT值迅速上升到不合理水平，故应添加适量废酸将砷盐溶液酸化，AsO₂^-在酸性溶液中与H⁺结合形成弱酸HAsO₂；

砷盐溶液酸化需消耗的废酸为： 

       (2) 式中表示单位时间内需要添加的砷盐摩尔量，为砷盐溶液中NaOH的摩尔浓度， b为砷盐溶液中NaAsO₂摩尔浓度， 为废酸浓度(每8小时化验一次)，是硫酸的分子量。

HAsO₂参与了净化除钴反应，反应中消耗氢离子，引起局部PH值升高，造成碱式硫酸锌的生成而引起BT值上升。参加的反应为：