銅渣脫氯工藝實驗研究

廖天鵬，李彥龍，李銀麗

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741025；2.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900）

隨著濕法煉鋅規(guī)模不斷擴大，國家環(huán)保政策壓力逐漸增強，優(yōu)質(zhì)的硫化鋅精礦資源日益枯竭，氧化鋅資源的開發(fā)利用越來越受到濕法煉鋅工業(yè)的重視[1]。氧化鋅煙塵是濕法煉鋅的主要二次物料，但其含有較多的氟氯。在濕法煉鋅過程中，氟、氯的存在對系統(tǒng)設備和環(huán)境影響較大，氟氯含量達一定值后會引起電解陰陽極板消耗快、鋅的質(zhì)量下降及作業(yè)環(huán)境的惡化[2-4]。目前濕法煉鋅主要通過預脫氯和在線脫氯兩個途徑控制系統(tǒng)內(nèi)氯含量，首先含鋅物料預處理除氯主要有火法（比如多膛爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)窯）焙燒脫氯[5]和堿洗[6-8]、水洗法或聯(lián)合處理法脫氯。其中火法處理成本較高，且環(huán)境危害比較大，加上工藝較復雜，除氯不夠徹底，不能解決鋅電積閉路循環(huán)中氟氯離子的富集問題。在線脫氯即從硫酸鋅溶液中脫氯，主要有沉淀法、吸附法[10]、萃取法、離子交換法[11]等，其中沉淀法是采用氯化銀法、氯化汞法除氯[9]，該方法脫氯效率高，但是其脫氯劑含貴金屬，價格昂貴，且所得沉淀物再生困難；由于吸附法、萃取法、離子交換法等脫氯效率加高，但是其吸附容量小，樹脂或有機試劑循環(huán)利用率低，工藝過程廢水量大，工業(yè)應用較少。本實驗采用銅渣脫氯，可以直接利用濕法煉鋅系統(tǒng)凈化工段鋅粉還原脫銅得到的銅渣，優(yōu)化銅渣脫氯工藝，提升銅渣脫氯效率，減少投入，增加企業(yè)效益。

1 實驗原料與原理

1.1 實驗原料

氧化鋅煙灰經(jīng)浸出后的浸出液（即硫酸鋅溶液），該浸出液中氯含量較高，在500mg/L左右，氯以離子形式存在于浸出液中。

本實驗采用的脫氯銅渣為某廠凈化車間鋅粉還原脫銅工段產(chǎn)出的銅渣。

1.2 實驗原理

銅渣除氯基本原理是利用銅及二價銅離子與溶液中的氯離子相互作用，生成難溶的氯化亞銅沉淀，進而將浸出液中氯除去。銅渣除氯的反應式為：

該方法形成的Cu2Cl2經(jīng)過處理后再生可返回脫氯系統(tǒng)使用，再生及脫氯過程反應為：

2 工藝流程

本論文中脫氯工藝由銅渣脫氯和脫氯渣再生兩個部分組成，脫氯工藝流程如圖1所示。

圖1 銅渣脫氯工藝流程圖

3 實驗結(jié)果

3.1 反應溫度對脫氯效率的影響

取氧化鋅煙灰浸出液200ml，在反應pH=1，反應時間2h，攪拌器轉(zhuǎn)速230r/min，溫度20℃、30℃、40℃、50℃、60℃條件下進行實驗，考察反應溫度對脫氯效率的影響。試驗結(jié)果見圖2。

圖2 氯脫除率隨反應溫度的變化

由圖2可見，隨著溫度的增加，氯脫除率逐漸增加，當溫度控制在60℃時，氯脫除率最高達78.35%。當溫度從20℃升到40℃時，氯脫除率增加較快，當反應溫度大于40℃時，氯脫除率逐漸趨于平緩，增加緩慢?？紤]經(jīng)濟效果，確定反應溫度40℃為試驗最佳條件。

3.2 pH值對氯脫除率的影響

取氧化鋅煙灰浸出液200ml，在反應溫度40℃，反應時間2h，攪拌器轉(zhuǎn)速230r/min，pH值1.0、1.5、2.0、2.5、3.0條件下進行試驗?？疾觳煌琾H值對氯脫除率的影響，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 氯脫除率隨pH值的變化

由圖3可見，隨著pH值的增大，氯脫除率先增大再降低，是由于銅渣脫氯時，一定的酸度促進銅單質(zhì)氧化為二價銅離子，因此（1）式反應向右進行，氯脫除率增加，但是由于三價鐵離子的存在，導致生成的氯化亞銅反溶，氯脫除率降低；當pH值控制在1.5時，氯脫除率最高，達78.4%。因此確定pH值=1.5為試驗最佳條件。

3.3 反應時間對氯脫除率的影響

取氧化鋅煙灰浸出液200ml，在pH=1.5，反應溫度40℃，攪拌器轉(zhuǎn)速230r/min，反應時間1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h條件下進行試驗。考察不同反應時間對氯脫除率的影響，試驗結(jié)果見表4。

圖4 氯脫除率隨反應時間的變化

由4可見，隨著反應時間的增加，氯脫除率逐漸增加并趨于平緩，當反應時間小于2.0h時，氯脫除率增加較快，反應時間是影響脫氯效率的主要因素，當反應時間大于2.0h時，氯脫除率趨于平穩(wěn)，再增加反應時間，脫氯效率幾乎不變，說明在反應時間為2.0h時，反應完全，氯脫除效率為79.12%。因此確定反應時間2.0h為試驗最佳條件。

3.4 銅渣脫氯正交實驗研究

研究反應溫度、反應時間、pH單因素實驗結(jié)果后，為確定三種因素影響的排序，決定設計3因素3水平正交試驗表，試驗結(jié)果見表1。

表1 脫氯試驗正交表

通過以上正交試驗，單因素對氯脫除率的影響大小依次為pH、反應溫度、反應時間。根據(jù)正交試驗確定的最優(yōu)試驗條件為反應溫度40℃、反應時間2h、pH=1.5。此時，氯脫除率最大，氯大部分以氯化亞銅的形式進入到浸渣中，脫氯的效果顯著。從化學反應式（1）的熱力學角度分析，反應生成的趨勢很大，但反應速度受動力學因素影響，尤其受金屬銅活性的影響較為明顯。在最優(yōu)試驗條件下，經(jīng)過驗證試驗，氯脫除率最高可達79.12%左右。

4 結(jié)論

由單因素實驗結(jié)果可知：在銅渣脫氯反應溫度40℃、pH=1.5、反應時間2h的條件下，氯脫除率可達79.12%以上，脫氯后液氯含量可以達到110mg/L以下，由正交實驗結(jié)果可知，單因素對氯脫除率的影響大小依次為pH、反應溫度、反應時間。