用铈盐从锌电解液中脱除氟试验研究

高代能，蒋红兵，孙红燕

(红河学院 理学院，云南 蒙自 661199)

硫化锌精矿经焙烧所得氧化锌焙砂的硫酸浸出液中存在多种杂质元素[1-2]，在电解锌过程中，这些杂质元素对电积过程有很大影响，在电解前必须对电解液进行除氟净化处理，使氟离子质量浓度控制在50 mg/L以下[3-6]：电解液中氟质量浓度高于0.1 g/L时，电解产出的阴极锌与阴极铝板会发生粘结，造成剥锌困难；溶液中氟含量过高会严重腐蚀阴极铝板，使阴极板损坏加快，生产成本升高。目前，常用的除氟方法有化学沉淀法、吸附法和絮凝沉淀法[7-9]。CaF2沉淀法成本较低，操作方便，除氟效果较好，但对于氟含量较高的硫酸锌溶液，此法的氟去除率达不到要求；以吸附法脱氟，由于吸附剂的吸附容量有限，因而吸附剂消耗量较大，成本较高；絮凝沉淀法所用絮凝剂价格较高，处理费用较高，同时，由于锌电解液酸度较大，不利于氢氧化物形成。针对这些问题，试验研究了以铈盐作脱氟剂，从电解液中脱除氟离子，考察铈盐用量、反应时间、反应温度、反应终点pH对除氟效果的影响，以期获得更实用的锌电解液除氟方法。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所用锌电解液取自云南某湿法炼锌厂，其中，氟离子质量浓度419.55 mg/L。试验所用除氟剂主要成分为含结晶水的碳酸铈，其粉末的X射线衍射分析结果如图1所示。

图1 除氟剂碳酸铈的XRD分析结果

1.2 试验原理与方法

碳酸铈盐与电解液中的氟离子之间发生反应形成CeCO3F沉淀，通过过滤可将氟去除[10]：

试验在烧杯中进行。量取50 mL锌电解液于200 mL烧杯中，加入搅拌转子，放于磁力搅拌器上。将溶液加热至预设温度后加入适量碳酸铈，控制反应温度恒定，开启搅拌并计时。距离反应结束10 min时加入硫酸溶液，调整体系pH至预设值。反应结束后，真空抽滤得除氟后液。采用MP519型氟离子浓度计测定除氟后液中氟离子质量浓度，并计算氟去除率。

2 试验结果与讨论

2.1 正交试验

对除氟剂用量、反应时间、反应终点pH、反应温度4因素按3水平进行正交试验。因素水平及试验结果见表1。

表1 正交试验因素水平及试验结果

由表1看出：各因素对氟去除率的影响顺序为除氟剂用量>反应温度>反应终点pH>反应时间；最佳条件为除氟剂用量0.9 g，反应温度为60 ℃，反应时间为60 min，反应终点pH=4.5；最佳条件下，氟去除率为88.03%。

选取试验8数据作为单因素试验基础数据，确定最佳除氟工艺条件。

2.2 单因素试验

2.2.1除氟剂用量对除氟效果的影响

反应温度60 ℃，反应时间60 min，反应终点pH=4.5，除氟剂用量对除氟效果的影响试验结果如图2所示。可以看出：随除氟剂用量增加，氟去除率提高；除氟剂用量为1.0 g时，除氟后液F-质量浓度为49.34 mg/L，达到锌电解生产要求。综合考虑成本因素，确定除氟剂适宜用量为1.0 g。

图2 除氟剂用量对除氟效果的影响

2.2.2反应温度对除氟效果影响

除氟剂用量1.0 g，反应时间60 min，反应终点pH=4.5，反应温度对除氟效果的影响试验结果如图3所示。

图3 反应温度对除氟效果的影响

由图3看出：随反应温度升高，氟去除率快速升高；温度升至50 ℃时，氟去除率达最大，之后继续升高温度，氟去除率略有下降。这可能是CeCO3F的溶解度随温度升高而增大所致[11]，因此，适宜的反应温度确定为50 ℃。

2.2.3反应终点pH对除氟效果的影响

除氟剂用量1.0 g，反应温度50 ℃，反应时间60 min，反应终点pH对除氟效果的影响试验结果如图4所示。

图4 终点pH对除氟效果的影响

由图4看出：随体系pH增大，氟去除率升高，当pH增至5.0时，氟去除率达最大；继续增大pH，氟去除率急剧下降。这可能是随pH升高，溶液酸度降低，CeCO3F溶解度增大[11]，致使溶液中F-浓度增大，氟去除率下降。综合考虑，反应终点pH以控制在5.0为最佳。

2.2.4反应时间对除氟效果的影响

除氟剂用量1.0 g，反应温度50 ℃，反应终点pH为5.0，反应时间对除氟效果的影响试验结果如图5所示。

图5 反应时间对除氟效果的影响

由图5看出：随反应时间延长，氟去除率升高；反应至90 min时，氟去除率达最大并趋于稳定。可能的原因是，碳酸铈与F-的反应在90 min时达到平衡，此后再延长反应时间，氟去除率变化不大。而进一步延长反应时间反而会导致电解液水分大量蒸发，溶液酸度增大，CeCO3F溶解度增大，氟去除率略有下降。综合考虑生产效率及生产成本等因素，确定适宜的反应时间为90 min。

3 结论

用碳酸铈作除氟剂可净化处理锌电解液去除氟离子。除氟剂碳酸铈用量、反应温度、反应终点pH、反应时间对除氟效果都有影响；适宜条件下，锌电解液脱氟率达93.98%，除氟后液满足电解锌的要求。

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RemovingFluorineFromZincElectrolyteWithCeriumSalt