用新型除鎂劑從高鎂硫酸鋅溶液中去除鎂

楊曉冬，徐俊忠，馬先春，許凌霞

(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)?？萍加邢薰?，四川 德陽(yáng) 618000)

在濕法煉鋅過程中，原料中的鎂以硫酸鹽形式進(jìn)入浸出液中，并在冶煉過程中不斷富集。溶液中的鎂大量累積會(huì)增大溶液體積密度，在電解循環(huán)過程中，當(dāng)局部溫度下降時(shí)，過飽和的硫酸鎂發(fā)生結(jié)晶，沉積在輸送管道、溜槽、貯槽中，造成管道堵塞使送液能力下降，甚至損壞設(shè)備；電解循環(huán)液中鎂離子濃度過高，會(huì)增大電解液電阻，降低電解電流效率，嚴(yán)重影響生產(chǎn)[1-3]：因此，鋅電解液中的鎂離子質(zhì)量濃度一般控制在12 g/L以下，若濃度過高，則需進(jìn)行開路處理。

從溶液中去除鎂離子的方法主要有預(yù)處理脫除法、氟化物沉淀法、開路溶液法、冷卻結(jié)晶法及溶劑萃取法等[4-6]。但這些方法都存在工藝過程長(zhǎng)、運(yùn)行成本高、有價(jià)金屬損耗大、帶入雜質(zhì)離子和有機(jī)物對(duì)系統(tǒng)有影響等問題[7-8]。雖然氟化物能有效沉淀鎂離子，但溶液中氟離子殘留量過大會(huì)導(dǎo)致陰極鋅剝板困難，陰極板消耗增大[9-12]。溶劑萃取法雖對(duì)鎂的脫出率較高，但會(huì)殘余一定量有機(jī)物，導(dǎo)致電積效率降低，甚至發(fā)生燒板現(xiàn)象[13-17]。

針對(duì)硫酸鋅溶液除鎂存在的上述問題，四川弘業(yè)環(huán)?？萍加邢薰狙邪l(fā)了一種新型無機(jī)除鎂劑。試驗(yàn)考察了這種除鎂劑從硫酸鋅溶液中除鎂的效果，以及對(duì)系統(tǒng)的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器及試劑

電子分析天平，沈陽(yáng)龍鵬電子有限公司；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。

無機(jī)除鎂劑，四川弘業(yè)環(huán)?？萍加邢薰井a(chǎn)品；高鎂硫酸鋅電解液，某鋅冶煉企業(yè)，ρ(Mg2+)=18.5 g/L，ρ(Zn2+)=109.2 g/L，pH=5.4；EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液，22.1 mmol/L；NH3-NH4Cl緩沖液，pH=10；絡(luò)黑T指示劑；醋酸-醋酸鈉緩沖液，pH=5； 二甲酚橙指示劑，2 g/L。

1.2 試驗(yàn)原理及方法

新型除鎂劑為粉末顆粒，表面和孔隙中含有活性離子，可與溶液中的Mg2+反應(yīng)形成復(fù)合沉淀物；復(fù)合沉淀物吸附于除鎂劑表面和孔隙中，隨除鎂劑顆粒一起過濾去除，實(shí)現(xiàn)從溶液中去除鎂。

采用單因素試驗(yàn)法考察除鎂劑的除鎂效果。每組試驗(yàn)取硫酸鋅溶液200 mL倒入250 mL燒杯中，加入一定質(zhì)量除鎂劑，恒溫反應(yīng)一定時(shí)間后真空抽濾，靜置一定時(shí)間后測(cè)定除鎂后液中鋅、鎂離子質(zhì)量濃度，計(jì)算鎂去除率和鋅損失率。溶液中的鋅離子與鎂離子質(zhì)量濃度采用EDTA滴定法測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 除鎂劑用量對(duì)除鎂的影響

硫酸鋅溶液中Mg2+質(zhì)量濃度18.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間90 min，反應(yīng)溫度80 ℃，溶液pH=5.4，除鎂劑用量對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表1。除鎂劑用量以Mg2+質(zhì)量濃度的倍數(shù)表示。

表1 除鎂劑用量對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表1看出：隨除鎂劑用量增大，鎂去除率逐漸提高；除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍時(shí)，鎂去除率為70.25%；繼續(xù)增大除鎂劑用量，鎂去除率提高幅度很小，而鋅損失率升高。當(dāng)除鎂劑用量達(dá)到一定水平后，其與Mg2+反應(yīng)變慢，而與Zn2+的結(jié)合加快，造成鋅損失加大。綜合考慮，確定除鎂劑最佳用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)溫度80 ℃，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+質(zhì)量濃度18.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2?？梢钥闯?，在一定除鎂劑用量下，隨反應(yīng)進(jìn)行，鎂去除率逐漸提高，60 min 后趨于穩(wěn)定。反應(yīng)達(dá)到平衡后，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鎂影響不大。綜合考慮，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為60 min。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)時(shí)間60 min，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+質(zhì)量濃度為18.5 g/L，反應(yīng)溫度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表3看出，反應(yīng)溫度對(duì)除鎂效果影響較大：隨溫度從40 ℃升高到60 ℃，鎂去除率逐漸提高；溫度超過60 ℃后，鎂去除率反而略有降低。溫度過高不利于Mg2+的沉淀去除；且升溫會(huì)加劇除鎂劑與Zn2+之間的反應(yīng)，導(dǎo)致鋅損失率升高。綜合考慮，確定適宜溫度為60 ℃。

2.4 溶液pH對(duì)除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)時(shí)間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，溶液pH對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 溶液pH對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表4看出：溶液pH<4.0對(duì)除鎂不利；溶液pH>4.0后，隨pH增大，鎂去除率略有提高。pH過低，溶液酸性過強(qiáng)，可能會(huì)將產(chǎn)生的鎂沉淀物復(fù)溶，導(dǎo)致除鎂效果變差。綜合考慮，溶液pH以控制在5.0左右為宜。

2.5 雜質(zhì)離子對(duì)除鎂的影響

鋅電解液中，除含雜質(zhì)鎂外，通常還含有一定量氟、氯離子，這些雜質(zhì)的存在對(duì)除鎂也會(huì)有一定影響。

2.5.1 F-質(zhì)量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)時(shí)間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中Cl-和Zn2+濃度一定，初始Mg2+質(zhì)量濃度18.5 g/L，溶液中F-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 F-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表5看出：溶液中F-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率影響較?。浑SF-質(zhì)量濃度增大，鎂去除率略有降低。

2.5.2 Cl-質(zhì)量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)時(shí)間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中F-和Zn2+質(zhì)量濃度一定，初始Mg2+質(zhì)量濃度18.5 g/L，Cl-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 Cl-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表6看出：溶液中Cl-質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率都影響很小；隨Cl-質(zhì)量濃度提高，鎂去除率僅略有降低，基本穩(wěn)定在70%左右。

2.5.3 Zn2+質(zhì)量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質(zhì)量濃度的1.25倍，反應(yīng)時(shí)間60 min，溫度60 ℃，溶液pH=5，溶液中F-和Cl-質(zhì)量濃度一定，初始Mg2+質(zhì)量濃度18.5 g/L， 溶液中Zn2+質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 Zn2+質(zhì)量濃度對(duì)鎂去除率和鋅損失率的影響

由表7看出：溶液中Zn2+質(zhì)量濃度在50～130 g/L范圍內(nèi)，對(duì)除鎂影響不大，鎂去除率都穩(wěn)定在70%以上；但隨Zn2+質(zhì)量濃度提高，鋅損失率增大。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，在Zn2+質(zhì)量濃度較低的溶液中除鎂可有效降低鋅損失率。

3 結(jié)論

四川弘業(yè)環(huán)保科技有限公司自制的新型除鎂劑對(duì)高鎂硫酸鋅溶液除鎂有較好的效果。對(duì)Mg2+質(zhì)量濃度為18.5 g/L的硫酸鋅溶液，適宜條件下，鎂去除率穩(wěn)定在70%以上，F(xiàn)-、Cl-的存在對(duì)除鎂影響不大。該新型無機(jī)除鎂劑無毒無害，價(jià)格低廉，應(yīng)用方便，有較好的應(yīng)用前景。