本发明涉及一种锌冶炼系统中去除镁的方法，属于湿法冶金技术领域。
背景技术：
在湿法炼锌过程中，由原料夹带进来的镁不断循环富集，如果不采取有效措施，体系中镁含量会不断增加，最高可达到40g/L以上，使得镁容易在温度较低的管道或容器壁结晶，提高堵塞风险，对锌冶炼设备造成潜在威胁，同时高镁离子浓度会增加溶液粘度，在电解过程中降低电流效率，增加能耗。因此需要找到有效途径，将溶液中富集的镁清除出系统，从而保证锌冶炼系统中镁的平衡。
目前常用的除镁方法有：冷却结晶法、氟化物沉淀法和开路中和沉淀法。冷却结晶法除镁的原理是基于镁盐溶解度的变化，当镁含量接近饱和时，采用强制或自然降温，Mg2+则以MgSO4结晶析出。但是在实际操作中，往往有大量的硫酸锌，硫酸钙等盐类同时析出，使除镁效果不理想，同时也造成锌的大量损失。
氟化物除镁法是利用MgF2溶解度很小的特点，添加HF、ZnF2、NaF等含氟试剂可以除去溶液中镁离子。虽然采用氟化物沉淀法对除镁有明显效果，但是溶液中氟离子含量会升高，在锌电积过程中，氟离子能破坏阴极板的氧化铝膜，使析出锌与铝板发生粘连，导致锌皮难以剥离，造成阴极铝板消耗增加。
开路中和除镁方法是在电解后液中添加石灰进行中和沉淀，使锌、镁等离子都从溶液中沉淀出来。此方法不仅消耗大量石灰，产生很多废渣和废水，同时造成了大量锌的损失和回收成本升高。
技术实现要素：
针对背景技术存在的不足，本发明提出一种锌冶炼系统中去除镁的方法，不需要加入其他试剂和杂质元素，仅靠锌焙砂就将开路溶液中的锌沉淀下来，生成碱式硫酸锌可以直接返回到浸出工序，锌的损失很小，操作简单，试剂消耗和废渣产生量少。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现的：
所述的锌冶炼系统中去除镁的方法包括以下具体步骤：
(1)细磨：将所需锌焙砂细磨,使得平均粒度小于200微米；
(2)稀释电解后液：将沉镁工序产生的沉镁后液与开路的电解后液混合，稀释电解后液；
(3)锌焙砂预浸出镁：将步骤(1)细磨后的锌焙砂通过步骤(2)得到电解后液预浸出镁；
(4)回收锌：将步骤(3)得到的溶液处理回收锌，反应方程式如下；
ZnSO4+3ZnO+8H2O＝ZnSO4·3Zn(OH)2·5H2O；
(5)沉淀镁：将步骤(4)得到的沉锌后液过滤处理沉淀镁。
进一步，所述的步骤(1)中锌焙砂为沸腾焙烧后的炉底焙砂、烟尘或两者的混合物。
进一步，所述的步骤(2)中开路的电解后液与返回的沉镁后液混合比例为1：2～8。
进一步，所述的步骤(2)中电解后液硫酸含量150-160g/L，锌含量50-60g/L，镁含量15-40g/L。
进一步，所述的步骤(3)中预浸出后溶液pH为5～5.5，每升开路电解后液焙砂加入量为0.1～3kg，预浸出反应镁浸出效率为40～90％。
进一步，所述的步骤(4)中沉锌反应温度20～80℃，反应时间1-3小时，溶液pH值为5.5～6.5，每升电解后液加入焙砂的量为1～4kg，反应锌沉淀效率大于90％，沉锌后液锌含量低于3g/L，镁含量4～7g/L。
进一步，所述的步骤(5)中沉镁反应终点pH值为11～12，反应温度40～50℃，沉镁反应添加剂为熟石灰或石灰乳，所添加的熟石灰氧化钙含量不低于85％，添加量为每升沉锌后液20-60g/L。
进一步，所述的步骤(5)中反应镁沉淀效率大于98％，沉镁后液锌含量低于5mg/L，镁含量低于10mg/L。
进一步，所述过滤方法为压滤。
进一步，所述步骤(5)中镁的开路效率为60-90％。
本发明中除另有说明外，比例，百分比均为质量比。
本发明的有益效果：
通过本发明提供的方法，可以不需要加入其他试剂和杂质元素，仅靠锌焙砂就将开路溶液中的锌沉淀下来，生成碱式硫酸锌可以直接返回到浸出工序，锌的损失很小，操作简单，试剂消耗和废渣产生量少。
本发明不产生外排废水，镁以钙镁渣的形式排出，可作为水泥生产原料，其原理是利用电解后液预浸出锌焙砂中的镁，焙砂中氧化锌与溶液中的硫酸锌生成碱式硫酸锌沉淀，生成的碱式硫酸锌直接返回浸出工序，而镁留在溶液中，使焙砂采用电解后液预浸脱镁的同时使电解后液从系统中开路，起到了双重除镁的作用；沉锌后液再添加少量石灰中和沉淀镁，沉镁后溶液作为稀释剂和中和剂返回到预浸镁及沉锌工序。
附图说明
附图1 为本发明提供的锌溶液中去除镁的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域对照技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
锌焙砂预浸镁试验：取1L锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液3L，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于2L烧杯中，用水浴锅调节烧杯中溶液温度到60℃，采用机械搅拌方式。加入平均粒度为22μm的炉底锌焙砂250g，焙砂镁含量为0.42％，在反应30分钟后，过滤，烘干获得干渣69g。如表1所示，溶液中的锌含量为38.1g/L，镁含量6.07g/L，干渣中镁含量0.11％。试验结果表明，在焙砂添加量250g/L电解后液，反应温度60℃条件下，焙砂中92.77％的镁被硫酸浸出，降低了进入锌冶炼体系的镁。
表1锌焙砂预浸出镁试验数据
实施例2
锌焙砂预浸镁试验：取1L锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液3L，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于2L烧杯中，用水浴锅调节烧杯中溶液温度到60℃，采用机械搅拌方式。加入平均粒度为22μm的炉底锌焙砂500g，焙砂镁含量为0.42％，在反应30分钟后，过滤，烘干获得干渣315g。如表2所示，反应后溶液中的锌含量为40.3g/L，镁含量6.02g/L，干渣中镁含量0.18％。试验结果表明，在焙砂添加量500g/L电解后液，反应温度60℃条件下，焙砂中73％的镁被硫酸预浸出，降低了进入锌冶炼体系的镁。
表2锌焙砂预浸出镁试验数据
实施例3
沉锌试验：取100ml锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液300ml，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于1L烧杯中，用水浴锅调节烧杯中溶液温度到60℃，采用机械搅拌方式。试验参数及结果如表3所示，加入平均粒度为8μm的锌焙砂15.2g，滴定检测锌含量为35.6g/L,继续添加焙砂156g，搅拌1小时，取样分析，溶液锌含量为23.3g/L，继续添加焙砂使总焙砂加入量达到200g，搅拌1小时，取样分析，溶液锌含量为15.4g/L，继续添加锌焙砂使总添加量为230g，搅拌1小时，取样分析，溶液中的锌含量为0.66g/L。反应终点溶液中镁含量为5.93g/L。试验结果表明，在焙砂添加量2.3kg/L电解后液，反应时间3h，反应温度60℃条件下，锌可以与8μm锌焙砂生成碱式硫酸锌沉淀，随着锌焙砂添加量不断增加，锌含量持续下降，锌沉淀率为95.6％。
表3锌回收试验数据
实施例4
沉锌试验：取100ml锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液300ml，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于1L烧杯中，用水浴锅调节烧杯中溶液温度到60℃，采用机械搅拌方式。试验参数及结果如表4所示，加入平均粒度为22μm的锌焙砂16.5g，检测锌含量为36.3g/L,继续添加焙砂156g，搅拌1小时，取样分析，溶液锌含量为19.6g/L，继续添加焙砂使总焙砂加入量达到200g，搅拌1小时，取样分析，溶液锌含量为8.7g/L，继续添加锌焙砂使总添加量为230g，搅拌1小时，取样分析，溶液中的锌含量为1.21g/L。试验结果表明，在焙砂添加量2.3kg/L-电解后液，反应时间3h，反应温度60℃条件下，锌同样可以与22μm锌焙砂生成碱式硫酸锌沉淀，随着锌焙砂添加量不断增加，锌含量持续下降，反应终点锌沉淀率为91.9％。
表4锌回收试验数据
实施例5
沉锌试验：取10L锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液30L，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于100L反应釜中，用电加热方式控制溶液温度在50℃，采用机械搅拌方式。试验参数及结果如表5所示，一次加入平均粒度为22μm的锌焙砂26kg，在反应40分钟后，取样分析，溶液中的锌含量为12.7g/L。在总反应时间60分钟，取样分析，溶液中的锌含量为9.6g/L。在总反应时间80分钟，取样分析，溶液中的锌含量为7.2g/L。在总反应时间100分钟，取样分析，溶液中的锌含量为3.5g/L。在总反应时间150分钟，取样分析，溶液中的锌含量为2.5g/L。试验结果表明，在焙砂添加量2.6kg/L-电解后液，反应温度50℃条件下，随着反应时间的的进行，锌含量逐渐下降，反应2.5小时后锌含量为2.5g/L，反应终点锌沉淀率为83.3％。
表5锌回收试验数据
实施例6
沉锌试验：取1m3锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液3m3，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。将混合液置于反应釜中，用电加热加热方式控制溶液温度在60℃，采用机械搅拌方式。试验参数及结果如表6所示，一次加入平均粒度为22μm的锌焙砂2.6t，在反应40分钟后，取样分析，溶液中的锌含量为10.4g/L。在总反应时间60分钟，取样分析，溶液中的锌含量为8.0g/L。在总反应时间80分钟，取样分析，溶液中的锌含量为6.2g/L。在总反应时间100分钟，取样分析，溶液中的锌含量为3.6g/L。在总反应时间150分钟，取样分析，溶液中的锌含量为1.04g/L。试验结果表明，在焙砂添加量2.6kg/L电解后液，反应温度60℃条件下，随着反应时间的的进行，锌含量逐渐下降，反应2.5小时后锌含量已经约为1g/L，反应终点锌沉淀率为93.1％。
表6锌回收试验数据
实施例7
沉镁试验：取1L沉锌后液作为沉镁试验原料，其中镁含量6.24g/L，锌含量1.34g/L。用熟石灰来沉淀溶液中镁和锌，其中熟石灰中氧化钙含量87％。将沉锌后液置于2L烧杯中，用水浴锅调节溶液温度45℃，采用机械搅拌方式。一次性加入石灰39g，石灰加入比为39g/L溶液，溶液pH值11，反应时间2小时，过滤得到钙镁渣112g，滤液940ml。试验结果如表7所示，在石灰加入量39g/L，温度45℃，反应时间2h条件下，溶液中镁含量从6.24g/L降到0.01g/L。溶液中锌含量也从1.34g/L下降到0.001g/L。反应中，镁沉淀效率为99.8％。
表7沉淀镁试验数据
实施例8
沉镁试验：取10L沉锌后液作为沉镁试验原料，其中镁含量6.33g/L，锌含量1.87g/L。用熟石灰来沉淀溶液中镁和锌，其中熟石灰中氧化钙含量87％。将沉锌后液置于100L反应釜中，用电加热方式控制溶液温度在45℃，采用机械搅拌方式。一次性加入石灰350g，石灰加入比为35g/L溶液，溶液pH值11，反应时间2.5小时，过滤得到钙镁渣1050g，滤液9.25L。试验结果如表8所示，在石灰加入量35g/L，温度45℃，反应时间2.5h条件下，溶液中镁含量从6.33g/L降到0.035g/L。溶液中锌含量也从1.87g/L下降到0.001g/L。反应中，镁沉淀效率为99.4％。
表8沉淀镁试验数据
实施例9
预浸镁、沉锌、沉镁连续试验：在工业反应槽中，取87.88m3锌电解产生的电解后液，其中含锌60g/L，镁23.3g/L，硫酸160g/L；加入沉镁工序产生的沉镁后液263.6m3，沉镁后液含锌1mg/L，镁10mg/L。用蒸汽加热方式将溶液加热到60℃，采用机械搅拌方式。一次加入平均粒度为22μm的锌焙砂202.1t，焙砂加入比为2.3kg/L电解后液。在反应2.5小时后，采用压滤机进行过滤，得到271.1t碱式硫酸锌渣和281.2m3滤液(沉锌后液)。锌渣含水分20％，含镁0.23％。试验结果如表9所示，经计算焙砂中镁的预浸出率为41.2％。沉锌后液中锌含量为1.82g/L，以滤液中含锌量计算出锌回收率为90.3％。以所得滤液量与初始溶液量比值计算出镁开路效率为80％。在生产中，为了减少后续沉镁前液处理量，不建议采用洗水对碱式硫酸锌沉淀进行洗涤，而是通过压滤的手段，获得更多的滤液，以提高Mg开路效率。
取281m3沉锌后液作为沉镁试验原料，其中镁含量6.94g/L，锌含量1.82g/L。一次性加入石灰乳26.34t，含水63％，控制溶液温度在45℃，反应时间2小时，反应终点溶液pH值11，过滤后得到湿钙镁渣31.49t，滤液290.6m3。试验结果表明，在温度45℃，反应时间2h条件下，溶液中镁含量从6.94g/L降到0.021g/L。溶液中锌含量也从1.82g/L下降到0.001g/L。反应中，镁沉淀效率为99.7％。
表9预浸镁、沉锌、沉镁连续试验
从实施例1-9和表1-9可看出，本发明提供的一种锌冶炼系统中去除没得方法，通过本发明提供的方法，可以不需要加入其他试剂和杂质元素，仅靠锌焙砂就将开路溶液中的锌沉淀下来，生成碱式硫酸锌可以直接返回到浸出工序，锌的损失很小，操作简单，试剂消耗和废渣产生量少。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。