硫酸锌溶液一段净化除铜、镉新技术

森 维，孙红燕，彭 林，杨继生，宋兴诚

（1．云南锡业集团（控股）有限责任公司，云南 个旧 661000；2．红河学院 理学院，云南 蒙自 661100）

目前，国内外对硫酸锌溶液除铜、镉通常采用锌粉置换法［1-2］。Zn／Zn2＋、Cd／Cd2＋、Cu／Cu2＋的标准电极电位分别为-0．763、-0．403、0．337 V，锌先置换铜，后置换镉。置换反应所用的锌粉主要有电炉锌粉和喷吹锌粉，但电炉锌粉更具优势［3-5］：1）电炉锌粉颗粒细，单位质量颗粒数约为喷吹锌粉的60倍，分散度高，表面积大，反应速度快，活性强，耗量少；2）电炉锌粉含有铅、锑等杂质，对净化除铜、镉有促进作用；3）电炉锌粉用原矿直接制取，成本低。生产实践中，电炉锌粉用量比喷吹锌粉用量少，但仍需要理论量的2～3倍［6-7］才能保证置换后液中镉质量浓度小于20 mg／L。为进一步减少锌粉用量，研究了通过添加活化剂A对硫酸锌溶液进行一段净化除铜、镉，并对生产系统进行技术改进。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验原料为炼锌系统的中上清液，pH为5～5．4，主要成分：Zn2＋110．23g／L，Cu2＋65mg／L，Cd2＋1．78g／L，Co2＋2．36mg／L，Ni2＋2．51 mg／L，As3＋0．141mg／L，Sb3＋0．862mg／L，F-160．1mg／L，Cl-757．8mg／L。

电炉锌粉：120目，总锌质量分数大于91%，金属锌质量分数大于86%，含少量铅、镉、锑等杂质。

活化剂A：质量浓度为150g／L。加入活化剂可破坏电炉锌粉表面的氧化锌附面层，减少铜、镉与锌形成合金，提高电炉锌粉利用率，减少锌粉耗量，节约成本。

1．2 试验方法

小型试验：在5L烧杯中进行。将4L中上清液加入烧杯中，放置在电炉上加热，机械搅拌。溶液加热至50～60℃（目前所有工厂的一段净化液温度都控制在50～60℃，温度过高会导致置换出的镉复溶），加入一定量活化剂A，再加入电炉锌粉，反应一段时间后停止加热，过滤后得一段净化液和铜镉渣。

技术改进试验：将小型试验确定的最佳参数应用于工业试验。在带有机械搅拌装置的钢衬胶衬砖槽体（φ3 000mm×4 000mm，总容积28．3 m3）内进行，方法与小型试验相同，槽体上配有蒸汽加热装置。

2 试验结果与讨论

2．1 锌粉用量对除铜、镉的影响

试验条件：温度50～60℃，反应时间45 min，活化剂A加入量为1．5mL，1＃净化液中锌粉加入量约等于理论量，2＃和3＃净化液中锌粉加入量逐渐增加。电炉锌粉加入量对去除铜、镉的影响试验结果见表1。

从表1看出，电炉锌粉用量约等于理论量时，铜可脱除到 0．138mg／L，镉可脱除到36．45 mg／L，脱除率分别为99．79%、97．95%。根据生产经验，此溶液再经二段、三段净化处理可完全达到电解要求（ρ（Cu2＋）＜0．5mg／L，ρ（Cd2＋）＜2．5 mg／L）；当电炉锌粉用量逐渐增加时，铜、镉去除率更高，但为了节省成本，电炉锌粉按理论量加入即可。

2．2 活化剂A加入量对除铜、镉的影响

试验条件：温度50～60℃，反应时间45 min，电炉锌粉加入量为理论量即5．27g，活化剂A加入量为0．2～15mL。活化剂A加入量对铜镉去除率的影响试验结果见表2。可以看出，随活化剂A加入量增加，铜脱除率变化不大，镉脱除率先升高后降低，这可能是活化剂A用量过多后镉出现复溶所致。活化剂A用量不宜过多，以1．5mL（0．375mL／L）除镉效果最好。

表2 活化剂A用量对除铜、镉的影响

2．3 反应时间对除铜、镉的影响

试验条件：温度50～60℃，电炉锌粉加入量为理论量即5．27g，活化剂A加入量为1．5mL。反应时间对铜、镉去除率的影响试验结果见表3。可以看出：随反应时间延长，铜、镉脱除率提高；反应时间为45min时，铜脱除率为99．79%，镉脱除率为97．95%。综合考虑，反应时间以45min为宜。

表3 反应时间对除铜、镉的影响

2．4 工业试验

表4为工业生产系统中一段净化前液（中上清液，改进前）铜、镉质量浓度。可以看出，实际溶液中，镉质量浓度非常高，且铜、镉质量浓度波动较大，需补加电炉锌粉的量也波动较大，所以生产中需严格控制电炉锌粉加入量，否则容易出现锌粉过量或不足现象。

表4 湿法炼锌系统中净化前液的铜、镉质量浓度

表5为技术改进前、后湿法炼锌系统中一段净化液的铜、镉质量浓度。净化过程中不加活化剂A。由于电炉锌粉表面有氧化锌附面层，且置换出的铜、镉容易与锌形成合金，随反应的进行，反应速度和电炉锌粉利用率都降低，锌粉用量加大。为了降低生产成本，根据小型试验结果并结合生产实际，对一段净化过程进行技术改进：添加活化剂A破坏电炉锌粉表面的氧化锌附面层，减少铜、镉与锌形成合金，提高反应速度和电炉锌粉利用率。工艺条件为：温度50～60℃，反应时间45min，活化剂A加入量0．375mL／L，电炉锌粉加入量略大于理论量。从表5看出，添加活化剂A后，电炉锌粉消耗量约为改进前的一半，铜脱除率大于99%，镉脱除率大于90%。虽然一段净化液中镉质量浓度波动仍较大，但经二段、三段净化后完全能够满足生产要求。

表5 技术改进前、后湿法炼锌系统中一段净化液的铜、镉质量浓度

2．5 经济效益

技术改进前，每年锌粉消耗量为1 289．68t，而技术改进后，每年锌粉耗量约为700t，按每t锌粉1．2万元计算，每年可节约709．4万元。此外，技术改进后，每年可减少约590t锌粉进入铜镉渣中，大幅度降低了后续处理成本，节约资金约20万元。

3 结论

采用添加活化剂A新技术对硫酸锌溶液一段净化除铜、镉，电炉锌粉消耗量约降低一半，生产成本大幅度降低，净化液中铜脱除率大于99%，镉脱出率大于90%，满足生产要求。

［1］宁模功，郭媛，马进．硫酸锌溶液的净化［J］．有色冶炼，1999，28（4）：27-30．

［2］韦岩松，吕雪丽，王振峰，等．锌铟冶炼过程中镉砷的流向及在废渣中的分布［J］．湿法冶金，2014，33（3）：219-221．

［3］米家蓉．电炉锌粉用于硫酸锌溶液净化的生产实践［J］．云南冶金，1990（4）：58-60．

［4］张瑞祥．电炉锌粉在湿法炼锌净液中的应用［J］．有色金属（冶炼部分），1994（4）：14-16．

［5］沈国华．电炉锌粉净化硫酸锌溶液的研究［J］．湖南有色金属，1989，5（3）：61-62．

［6］梁龙伟．湿法炼锌新三段净化工艺研究［D］．昆明：昆明理工大学，2012．

［7］刘瑜，杨大锦，刘俊场，等．空化作用下从硫酸锌溶液中去除镍、钴试验研究［J］．湿法冶金，2014，33（2）：133-135．