鋅電解液凈化銅渣除氯工藝研究

王志軍

（新疆和田廣匯鋅業(yè)有限公司，新疆 和田 848000）

鋅電解液凈化銅渣除氯工藝研究

王志軍

（新疆和田廣匯鋅業(yè)有限公司，新疆 和田 848000）

本文采用銅渣法脫除鋅電解液中的氯，并考察了反應(yīng)溫度、溶液酸度、銅渣用量、初始銅離子濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)除氯效果的影響，以優(yōu)化除氯工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度1.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間1 h的優(yōu)化條件下，溶液中氯離子脫除效果好，氯離子脫除率可達(dá)88%，溶液中氯離子含量降至74 mg/L，滿足電解要求。

鋅電解液；凈化；銅渣；除氯

在濕法煉鋅系統(tǒng)中，氯離子含量過(guò)高會(huì)造成陽(yáng)極板腐蝕，并導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物在陰極板上沉積，影響鋅的析出成品率，陰極板消耗增加，陰極鋅片剝離困難，特別是大極板電解的應(yīng)用，對(duì)氯的含量提出了更加苛刻的要求[1]。硫酸鋅溶液中氯的脫除方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電化學(xué)法和氧化法[2-3]。化學(xué)沉淀法包括氯化亞銅沉淀法、氯氧化鉍沉淀法和氯化銀沉淀法，氯化銀法雖除氯效果好，但應(yīng)用成本高；氯化亞銅沉淀法除氯效率高，工藝穩(wěn)定性好，并且能夠利用自產(chǎn)銅渣，應(yīng)用較為廣泛[4-6]。

本文采用鋅浸出液凈化系統(tǒng)自產(chǎn)銅渣除氯，考察反應(yīng)溫度、溶液酸度、銅渣用量、初始銅離子濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)除氯效果的影響，以期優(yōu)化除氯工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為某鋅冶煉廠的中性浸出液和廢電解液。

中性浸出液：Zn 162 g/L，Cu 186 mg/L，Cl 622 mg/L，H2SO40.5 g/L；

廢電解液：Zn 50 g/L，Cu＜1 mg/L，Cl 654 mg/L，H2SO4160 g/L；

試驗(yàn)用銅渣的主要成分：銅的含量約31%，Zn和Cd的含量在1%～3%。

1.2 試驗(yàn)原理

氯化亞銅法除氯的原理是利用銅的歸中反應(yīng)脫氯，形成氯化亞銅沉淀。銅渣除氯的化學(xué)反應(yīng)如下：

銅渣中的單質(zhì)銅與溶液中的二價(jià)銅，分別發(fā)生氧化與還原反應(yīng)，與負(fù)一價(jià)的氯離子結(jié)合生成氯化亞銅沉淀，從而達(dá)到除氯的目的。在這個(gè)反應(yīng)中，反應(yīng)溫度、時(shí)間、酸度、銅渣用量等參數(shù)是影響反應(yīng)的關(guān)鍵因素。

1.3 試驗(yàn)方法

中性浸出液酸度低，pH值5.0～5.5，用廢電解液調(diào)整其酸度，根據(jù)除氯試驗(yàn)所需溶液酸度，配置中性浸出液與廢電解液的混合溶液，取500 mL混合液置于燒杯中，恒溫水浴鍋控溫，待溶液達(dá)到反應(yīng)溫度后加入銅渣，攪拌脫氯。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)溫度的影響

試驗(yàn)條件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)時(shí)間3 h，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度2.5 g/L。反應(yīng)溫度條件試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)氯脫除率的影響

由圖1可知，在室溫及80℃條件下，銅渣除氯的效率處于相對(duì)較低的水平，不到65%；在60℃，銅渣除氯效果好。低溫條件下，反應(yīng)速率低影響除氟效率，而在高溫條件下，過(guò)高的溫度可以引起氯化亞銅的分解，造成氯化亞銅沉淀反溶，不利于除氯。

2.2 溶液酸度的影響

試驗(yàn)條件：反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度2.5 g/L。酸度條件試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溶液酸度對(duì)氯脫除率的影響

由圖2可知，當(dāng)硫酸含量為10 g/L時(shí)，除氯效果好；溶液酸度過(guò)高或者過(guò)低都不利于除氯反應(yīng)的進(jìn)行，在不添加廢電解液時(shí)，中性浸出液硫酸含量為0.5 g/L，氯脫除率僅為4.0%；當(dāng)溶液硫酸濃度為160 g/L即全部為廢電解液時(shí)，氯脫除率也非常低。選擇在溶液初始酸度為10 g/L的條件下除氯。

2.3 銅渣用量的影響

試驗(yàn)條件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，溶液初始銅離子濃度2.5 g/L。銅渣用量條件試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 銅渣用量對(duì)氯脫除率的影響

由圖3可知，增加銅渣用量除氯效果更好，當(dāng)銅渣用量為理論量的3倍時(shí)，氯脫除率達(dá)到90.2%，繼續(xù)加大銅渣用量，氯脫除率增大，但是增幅較小。因此，選擇銅渣3倍理論用量進(jìn)行后續(xù)條件試驗(yàn)。

2.4 銅離子濃度的影響

二價(jià)銅和銅渣都是參與歧化反應(yīng)的重要元素，銅離子總濃度是影響氯脫除率的主要因素，在其他條件相同的情況下，銅離子總濃度越大，除氯效果越好[7]。雖然在有硫酸存在的情況下，部分銅渣會(huì)被空氣氧化成二價(jià)銅，但是若二價(jià)銅含量過(guò)低，空氣氧化又進(jìn)行得很慢，將對(duì)除氯反應(yīng)造成較大的影響。

試驗(yàn)條件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，銅渣3倍理論用量。銅離子濃度條件試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 銅離子濃度對(duì)氯脫除率的影響

由圖4可知，隨著溶液中初始Cu2+濃度的增加，氯脫除率升高，當(dāng)初始Cu2+濃度＞1.5 g/L時(shí)，脫氯率大于88%。考慮到過(guò)高的銅離子濃度將增加后續(xù)除銅工序的負(fù)擔(dān)，選擇初始Cu2+濃度1.5 g/L。

2.5 反應(yīng)時(shí)間的影響

試驗(yàn)條件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度1.5 g/L。反應(yīng)時(shí)間條件試驗(yàn)的結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氯脫除率的影響

由圖5可知，在反應(yīng)前20 min，氯離子濃度下降較快，除氯效率達(dá)到了53.5%，之后氯離子濃度下降速度變慢，1 h之后逐漸穩(wěn)定。反應(yīng)進(jìn)行3 h之后，除氯效率達(dá)到89%，但是考慮到時(shí)間和能量消耗因素，建議1 h比較合適。

綜合上述單因素條件試驗(yàn)，人們可以得到除氯優(yōu)化條件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度1.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間1 h。在此條件下進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。脫氯后溶液中氯離子含量下降到74 mg/L，氯脫除率在88%左右。

表1 優(yōu)化條件下除氯試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

筆者采用銅渣法脫除鋅電解液中的氯元素，并分析了影響脫氯效果的一系列因素。在初始溶液硫酸酸度10 g/L，反應(yīng)溫度60℃，銅渣3倍理論用量，溶液初始銅離子濃度1.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間1 h的條件下，溶液中氯離子脫除效果好，除氯率可達(dá)88%，溶液中氯離子含量降至74 mg/L，可以滿足電解的要求。

1 王文錄.濕法煉鋅中氯的危害及控制[J].湖南有色金屬，2007，23（1）：22-24.

2 胡一航，王海北，王玉芳.鋅冶煉中氟氯的脫除方法[J].礦冶，2016，（1）：36-40.

3 王曉丹，饒金元，牛旭斐，等.離子交換法從鋅電解液中除氯的實(shí)驗(yàn)研究[J].云南冶金，2010，（4）：33-36.

4 文 劍.金獅冶金化工廠電鋅系統(tǒng)除氯方案選擇研究[J].湖南有色金屬，2008，（6）：34-36.

5 楊建軍.濕法煉鋅體系銅渣脫氯試驗(yàn)及產(chǎn)業(yè)化研究[J].云南冶金，2010，39（6）：21-24.

6 張昱琛，段宏志.銅渣除氯試驗(yàn)與研究[J].甘肅冶金，2010，（3）：75-76.

7 李 春，李自強(qiáng).氯化亞銅沉淀脫氯反應(yīng)平衡的研究[J].濕法冶金，2001，（3）：152-155.

Study on Purification of Zinc Electrolyte With Dechlorination by Copper Slag

Wang Zhijun
(Xinjiang Hetian Guanghui Zinc Co., Ltd., Hetian 848000, China)

In this paper, copper chloride was used to remove chlorine from zinc electrolytes. The effects of reaction temperature, acidity of solution, amount of copper slag, initial copper ion concentration and reaction time on chlorine removal were investigated to optimize the process parameters. The experimental results show that the concentration of sulfuric acid in the initial solution is 10 g/L, the reaction temperature is 60℃, the theoretical amount of copper slag is 3 times, the initial copper ion concentration is 1.5 g/L and the reaction time is 1 h. In addition to the effect, chloride ion removal rate of up to 88%, solution chloride content decreased to 74 mg/L, to meet the electrolysis requirements.

zinc electrolyte; purification; copper slag; dechlorination

TF351

A

1008-9500(2017)09-0040-03

2017-07-02

王志軍（1973-），男，廣西來(lái)賓人，工程師，從事鋅冶煉工作。