從濕法煉鋅硫酸鋅溶液中去除氯試驗研究

楊曉冬，徐俊忠，馬先春，羅琪護

(1.云南金鼎鋅業(yè)有限公司，云南 怒江 673200；2.四川弘業(yè)環(huán)保科技有限公司，四川 德陽 618000)

在濕法煉鋅過程中，受原料組成的影響，浸出、凈化和電解工序的料液中都會存在大量氯離子。氯離子的存在會加速泵的葉輪和攪拌機等高速轉(zhuǎn)動部件的腐蝕斷裂，還會造成泵機軸承、螺桿、基座和閥門的損壞[1-3]；電解時，氯離子含量過高會造成陽極鉛板腐蝕，造成陽極壽命縮短，陽極板損耗加大，也會使析出鋅中鉛含量較高[4-5]；濃度過高的氯離子會透過陽極板上的PbO2保護膜，與鉛板發(fā)生反應(yīng)生成氯化鉛，從而使電解液中鉛離子濃度升高，并使鉛離子在陰極上析出，造成陰極鋅中鉛含量升高，影響鋅質(zhì)量[6-8]。因此，去除硫酸鋅溶液中的氯離子對獲得高質(zhì)量陰極鋅產(chǎn)品有重要意義。電解液中，氯離子質(zhì)量濃度一般控制在200 mg/L以內(nèi)[9-10]。目前，從硫酸鋅電解液中去除氯離子的方法主要有沉淀法和離子交換法。沉淀法有氯化銀沉淀法、氯化亞銅沉淀法、絮凝劑法等，這些方法普遍存在氯離子去除率低、試劑消耗量大、成本高和鋅損失大等問題[11-14]。四川弘業(yè)環(huán)?？萍加邢薰狙邪l(fā)出一種除氯劑，試驗研究了采用這種新型除氯劑從硫酸鋅溶液中去除氯離子。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器及試劑

JJ-1型精密定時電動攪拌器(常州榮華儀器制造有限公司)，PXSJ-216F型pH計(上海精科雷磁有限公司)，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(上海力辰邦西儀器科技有限公司)，XZ-1型真空泵(上海博禹泵業(yè)有限公司)，電子分析天平(沈陽龍鵬電子有限公司)。

除氯劑(四川弘業(yè)環(huán)保科技有限公司研發(fā)產(chǎn)品)，含氯硫酸鋅溶液(取自云南某冶煉鋅廠)，硫酸(分析純試劑)，鉻酸鉀指示劑(10%溶液)，硝酸銀標準溶液(0.028 21 mol/L)。

1.2 試驗原理及方法

試驗原理：除氯劑中的Me3+與硫酸鋅溶液中的Cl-反應(yīng)生成難溶MeOCl沉淀，主要反應(yīng)為

MeOCl沉淀物附著于除氯劑顆粒表面，過濾后Cl-隨除氯劑渣一同被去除。除氯劑為200目以上超細顆粒，表面吸附氯離子后，不會影響除氯效果。

試驗方法：用量筒量取200 mL含氯硫酸鋅溶液于250 mL燒杯中，加熱到一定溫度后，向溶液中加入相對Cl-質(zhì)量濃度一定倍數(shù)的除氯劑，在除氯劑與Cl-反應(yīng)一定時間后，用真空泵抽濾，分析濾液中氯離子含量。

2 試驗結(jié)果與討論

采用自制的針對含氯硫酸鋅溶液的除氯劑，以單因素試驗法考察除氯劑用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和溶液pH等對Cl-去除效果的影響。

2.1 除氯劑用量對除氯的影響

反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度70 ℃，溶液pH=5.0，料液中初始Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L，除氯劑用量以相對溶液中Cl-質(zhì)量濃度的倍數(shù)計算。除氯劑用量對氯去除效果的影響試驗結(jié)果見表1。

表1 除氯劑用量對除氯的影響

由表1看出：隨除氯劑用量增加，Cl-去除率升高；除氯劑用量達到溶液中Cl-質(zhì)量濃度10倍以上，再繼續(xù)增大除氯劑用量，Cl-去除率變化不大。綜合考慮，確定除氯劑用量為硫酸鋅溶液中Cl-質(zhì)量濃度的10倍。

2.2 反應(yīng)時間對除氯的影響

除氯劑用量為溶液中Cl-質(zhì)量濃度的10倍，反應(yīng)溫度70 ℃，料液pH=5.0，Cl-初始質(zhì)量濃度500 mg/L，反應(yīng)時間對除氯的影響試驗結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)時間對除氯的影響

由表2看出：在30～60 min范圍內(nèi)，隨反應(yīng)時間延長，Cl-去除率逐漸提高；反應(yīng)60 min后，繼續(xù)延長反應(yīng)時間，Cl-去除率略有降低。反應(yīng)時間過長，本已達到吸附飽和點的Cl-會發(fā)生脫附而重新進入溶液，影響除氯效果。綜合考慮，確定反應(yīng)時間以60 min為宜。

2.3 反應(yīng)溫度對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-質(zhì)量濃度的10倍，反應(yīng)時間60 min，料液pH=5.0，料液中Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L， 反應(yīng)溫度對除氯的影響試驗結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)溫度對硫酸鋅溶液除氯的影響

由表3看出：隨反應(yīng)溫度升高，Cl-去除率逐漸提高；反應(yīng)溫度高于60 ℃后，Cl-去除率超過80%且變化不大。綜合考慮實際生產(chǎn)中的能耗，確定除氯反應(yīng)溫度以60 ℃為宜。

2.4 料液pH對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-質(zhì)量濃度的10倍，反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，料液中Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L，料液pH對除氯的影響試驗結(jié)果見表4。

表4 料液pH對除氯的影響

由表4看出：料液pH對除氯的影響較小，隨pH增大，Cl-去除率略有降低。煉鋅廠浸出中上清液pH基本在5.2左右，此條件下用該試劑去除Cl-，去除率可達80%以上。因此，硫酸鋅料液pH只需根據(jù)實際情況微調(diào)即可。

2.5 雜質(zhì)離子對除氯的影響

濕法煉鋅硫酸鋅溶液的新液或廢液中都同時存在氟、氯、鎂、鋅等離子，因此，試驗考察了不同氟、鎂、鋅離子質(zhì)量濃度對除氯劑除氯的影響。試驗過程中各雜質(zhì)離子濃度調(diào)節(jié)方式為：用氟化鈉調(diào)節(jié)F-質(zhì)量濃度，用硫酸鎂調(diào)節(jié)Mg2+質(zhì)量濃度，用硫酸鋅調(diào)節(jié)Zn2+質(zhì)量濃度。

2.5.1 Mg2+質(zhì)量濃度對除氯的影響

除氯劑用量為溶液中Cl-質(zhì)量濃度的10倍，反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，料液pH=5.0， 料液中Zn2+和F-質(zhì)量濃度分別為110 g/L和150 mg/L，Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L。溶液中Mg2+質(zhì)量濃度對除氯的影響試驗結(jié)果見表5。

表5 料液中Mg2+質(zhì)量濃度對除氯的影響

由表5看出：料液中Mg2+質(zhì)量濃度對氯去除率影響較小，隨Mg2+質(zhì)量濃度增大，氯去除率略有下降；料液中Mg2+質(zhì)量濃度低于12 g/L時，氯去除率高于80%。綜合考慮，確定料液中Mg2+濃度不宜過高，以不高于12 g/L為宜。

2.5.2 F-質(zhì)量濃度對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-質(zhì)量濃度10倍，反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，料液pH=5.0，溶液中Mg2+和Zn2+質(zhì)量濃度分別為12 g/L和110 g/L，Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L。溶液中F-質(zhì)量濃度對除氯的影響試驗結(jié)果見表6。

表6 料液中F-質(zhì)量濃度對除氯的影響

由表6看出：溶液中F-質(zhì)量濃度對Cl-去除率影響不大，無論是低氟溶液還是高氟溶液，Cl-去除率都在80%以上。

2.5.3 Zn2+質(zhì)量濃度對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-濃度10倍，反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，料液pH=5.0，溶液中Mg2+和F-質(zhì)量濃度分別為12 g/L和150 mg/L，Cl-質(zhì)量濃度為500 mg/L。料液中Zn2+質(zhì)量濃度對除氯的影響試驗結(jié)果見表7。

表7 料液中Zn2+質(zhì)量濃度對除氯的影響

由表7看出，隨料液中Zn2+質(zhì)量濃度升高，氯去除率僅略有降低。實際生產(chǎn)中，可以不必考慮Zn2+質(zhì)量濃度大小。

3 結(jié)論

采用四川弘業(yè)環(huán)?？萍加邢薰咀灾餮邪l(fā)的除氯劑對云南某煉鋅廠中上清液進行除氯，效果良好。針對Cl-質(zhì)量濃度500 mg/L的硫酸鋅溶液，適宜反應(yīng)條件下，Cl-去除率可達81%，除氯后液中Cl-質(zhì)量濃度低于200 mg/L，符合要求；料液中Zn2+質(zhì)量濃度及雜質(zhì)Mg2+、F-質(zhì)量濃度對除氯影響均不大。