錳粉代替鋅粉去除硫酸鋅溶液中銅鎘研究

牛文敏，馬高峰，周沖沖，郭 寧

（陜西鋅業(yè)有限公司，陜西 商洛 726007）

濕法煉鋅浸出液中銅鎘凈化主要是采用鋅粉，鋅粉在凈化過程中起還原劑的作用，將溶液中的銅、鎘離子還原為金屬態(tài)而形成沉淀［1，2］，在鋅粉凈化溶液過程中，鋅粉容易與水溶液反應(yīng)生成氫氣，所以需要考慮凈化過程中的安全問題，在凈化過程中要嚴格控制鋅粉的投加速度及投加量。金屬錳的電極電位較鋅的電極電位低，因此可應(yīng)用于溶液中銅鎘的凈化［3］，硫酸鋅溶液在電積過程中需要有一定量的錳離子存在，從而延長陽極板的壽命，而在實踐中發(fā)現(xiàn)，隨著電積過程的進行，溶液中的錳離子會發(fā)生貧化而導(dǎo)致陽極壽命縮短。基于錳離子能夠作為溶液中銅鎘的還原劑，在除銅鎘的同時又可以向溶液中補入錳離子，試驗進行了以金屬錳粉為銅鎘的還原劑去除硫酸鋅溶液中銅鎘的研究，主要研究了在模擬硫酸鋅溶液及實際生產(chǎn)過程中錳粉對銅鎘離子的去除效果，并比較了錳粉、鋅粉在除銅鎘過程中的氫氣的產(chǎn)生量。研究結(jié)果為濕法煉鋅過程銅鎘的去除提供參考。

1 試驗

1.1 試驗原料

錳粉為市售，粒度-0.175 mm，錳含量99.7%，電爐鋅粉為自制，粒度-0.175 mm，鋅含量90%。模擬硫酸鋅溶液成分見表1，實際生產(chǎn)過程硫酸鋅溶液成分見表2。

表1 模擬硫酸鋅溶液成分 g／L

表2 實際生產(chǎn)中硫酸鋅溶液成分 g／L

1.2 試驗程序

1.2.1 除銅鎘試驗程序

將模擬硫酸鋅溶液或生產(chǎn)過程中取出的硫酸鋅溶液加熱至55～70℃，根據(jù)溶液中銅鎘的含量，加適量鋅粉或金屬錳粉，反應(yīng)一定時間后進行固液分離，分析溶液中的鎘、銅等元素含量，模擬溶液是參考焙砂浸出的工業(yè)生產(chǎn)條件對焙砂進行浸出、固液分離后獲得的溶液。

1.2.2 氫氣產(chǎn)生量試驗程序

將一定量的錳粉或鋅粉投加至硫酸鋅溶液中，在反應(yīng)過程中采用氫氣檢測儀檢測氣體中的氫氣濃度。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 模擬溶液除銅鎘

取一定體積的模擬溶液，加熱至設(shè)定溫度，向溶液中投入錳粉或鋅粉，進行攪拌，使金屬粉與溶液充分反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后檢測溶液中鎘含量，試驗結(jié)果見表3，對除鎘后溶液分析溶液中其它離子濃度，分析結(jié)果見表4。

表3 兩種金屬粉的除鎘效果

表4 除鎘后溶液成分 g／L

由表3可知，當(dāng)金屬錳粉用量為Cu、Cd總量的1.7倍時，（鋅粉用量為Cu、Cd總量的2.0倍，即錳粉用量是鋅粉用量的85%左右），反應(yīng)溫度控制在55～65℃，反應(yīng)時間在40 min左右，即可有效除去中上清中的Cu、Cd雜質(zhì)元素，凈化后溶液Cd離子濃度小于0.001 g／L，使用錳粉除鎘，既可降低物料使用量，同時又縮短了反應(yīng)時間，并且可以在較低的溶液溫度下滿足除鎘要求，與鋅粉除鎘相比，具有明顯的優(yōu)勢。由表4可知，用金屬錳粉進行一段除銅鎘凈化，既可高效除銅鎘，又可達到砷、銻、鍺的深度凈化，且后液含錳離子提升明顯，錳利用率高。

2.2 工業(yè)生產(chǎn)中硫酸鋅溶液凈化試驗。

生產(chǎn)中上清加熱至55～70℃，根據(jù)中上清含銅鎘金屬量，加適量鋅粉或金屬錳粉，反應(yīng)一定時間濾樣分析鎘、銅合格后，再分析其它元素。分析結(jié)果分別見表5和表6。

表5 硫酸鋅溶液除鎘結(jié)果

表6 硫酸鋅溶液除銅鎘后溶液成分 g／L

工業(yè)生產(chǎn)過程的硫酸鋅溶液的除銅鎘結(jié)果及其它離子的含量分析結(jié)果與模擬溶液中的組分含量相比較，各離子的濃度變化趨勢相似，說明錳粉可以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溶液的除銅鎘要求。

2.3 除銅鎘過程中氫氣的逸出量

對兩種金屬粉除銅鎘過程中氫氣的逸出量進行檢測，檢測結(jié)果見表7。

表7 反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣濃度統(tǒng)計表

由表7可得，試驗使用金屬錳粉產(chǎn)生的氫氣濃度均低于使用鋅粉時所產(chǎn)生的氫氣濃度，考慮到極端情況下，在瞬間加入鋅粉和錳粉，在使用錳粉時產(chǎn)生的氫氣濃度仍然低于使用鋅粉時產(chǎn)生的氫氣濃度。用錳粉除銅鎘過程中產(chǎn)生的氫氣濃度遠低于氫氣在空氣中的爆炸極限（體積濃度4.0%～75.6%），即作業(yè)過程發(fā)生氫氣閃爆事故的幾率很小。

2.4 經(jīng)濟效果比較

2.4.1 鋅粉節(jié)約創(chuàng)效

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實際計算，金屬錳粉代替鋅粉一段凈化，節(jié)約鋅粉綜合創(chuàng)效61.70～86.47元／t-鋅。按照全年計劃自產(chǎn)鋅錠21萬t計算，全年節(jié)約鋅粉創(chuàng)效1 295.70～1 815.87萬元。

2.4.2 渣量減少創(chuàng)效

若一段凈化全部使用金屬錳粉，凈化一段銅鎘渣渣量減少約20%，因其不含金屬鋅，故可去掉銅鎘渣的混合酸洗工序，混合酸洗工序僅完成二段鎳鈷渣的酸洗作業(yè)，作業(yè)量及工序大幅縮減，進一步降低混合酸洗生產(chǎn)成本和運輸成本。用錳粉除銅鎘，產(chǎn)出的銅鎘渣中銅鎘品位大幅提高，進一步降低鎘回收作業(yè)量及生產(chǎn)成本，提高鎘綿質(zhì)量。

2.4.3 陽極板節(jié)約創(chuàng)效

因用含量高的金屬錳粉凈化作業(yè)，錳離子補充直接，且易控制在合理的濃度，有利于陽極板的保護和析出鋅質(zhì)量的保證。陽極板使用壽命進一步延長。

3 結(jié) 論

1.金屬錳粉代替鋅粉，在凈化工序一段凈化過程中除銅鎘，工藝可行。為系統(tǒng)高效補充二價錳離子的工藝可行。反應(yīng)速率和除隔、砷、銻、鍺效果均明顯優(yōu)于電爐鋅粉，達到新液的深度凈化。

2.金屬錳粉凈化過程氫氣濃度低于鋅粉凈化過程氫氣濃度，且均遠低于氫氣在空氣中的爆炸極限（體積濃度4.0%～75.6%），即作業(yè)過程發(fā)生氫氣閃爆事故的幾率很小，作業(yè)過程安全。

3.經(jīng)濟效益顯著，噸鋅生產(chǎn)成本降低104.75～129.52元。