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.云南金鼎鋅業有限公司，云南 怒江 673200；2.四川弘業環保科技有限公司，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，與鉛板發生反應生成氯化鉛，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，影響鋅質量[6-8]。因此，去除硫酸鋅溶液中的氯離子對獲得高質量陰極鋅產品有重要意義。電解液中，氯離子質量濃度一般控制在200 mg/L以內[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]。四川弘業環保科技有限公司研發出一種除氯劑，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(四川弘業環保科技有限公司研發產品)，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-反應生成難溶MeOCl沉淀，主要反應為

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-質量濃度一定倍數的除氯劑，在除氯劑與Cl-反應一定時間后，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、反應時間、反應溫度和溶液pH等對Cl-去除效果的影響。

2.1 除氯劑用量對除氯的影響

反應時間60 min，反應溫度70 ℃，溶液pH=5.0，料液中初始Cl-質量濃度500 mg/L，除氯劑用量以相對溶液中Cl-質量濃度的倍數計算。除氯劑用量對氯去除效果的影響試驗結果見表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-質量濃度10倍以上，再繼續增大除氯劑用量，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-質量濃度的10倍。

2.2 反應時間對除氯的影響

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

表2 反應時間對除氯的影響

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

2.3 反應溫度對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-質量濃度的10倍，反應時間60 min，料液pH=5.0，料液中Cl-質量濃度500 mg/L， 反應溫度對除氯的影響試驗結果見表3。

表3 反應溫度對硫酸鋅溶液除氯的影響

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

2.4 料液pH對除氯的影響

除氯劑用量為Cl-質量濃度的10倍，反應時間60 min，反應溫度60 ℃，料液中Cl-質量濃度500 mg/L，料液pH對除氯的影響試驗結果見表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只需根據實際情況微調即可。

2.5 雜質離子對除氯的影響

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、鋅離子質量濃度對除氯劑除氯的影響。試驗過程中各雜質離子濃度調節方式為：用氟化鈉調節F-質量濃度，用硫酸鎂調節Mg2+質量濃度，用硫酸鋅調節Zn2+質量濃度。

2.5.1 Mg2+質量濃度對除氯的影響

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

表5 料液中Mg2+質量濃度對除氯的影響

由表5看出：料液中Mg2+質量濃度對氯去除率影響較小，隨Mg2+質量濃度增大，氯去除率略有下降；料液中Mg2+質量濃度低于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-質量濃度對除氯的影響

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

表6 料液中F-質量濃度對除氯的影響

由表6看出：溶液中F-質量濃度對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+質量濃度對除氯的影響

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

表7 料液中Zn2+質量濃度對除氯的影響

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

3 結論

采用四川弘業環保科技有限公司自主研發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-質量濃度500 mg/L的硫酸鋅溶液，適宜反應條件下，Cl-去除率可達81%，除氯后液中Cl-質量濃度低于200 mg/L，符合要求；料液中Zn2+質量濃度及雜質Mg2+、F-質量濃度對除氯影響均不大。