改性氧化镁在电解锌溶液中的除氟性能研究

冯金龙

（阿克陶科邦锰业制造有限公司 克州 845550）

1 引言

湿法炼锌工艺中，氟对锌电积过程的影响明显。当硫酸锌电解液中氟含量过高时，会使电解过程产生的阴极锌与阳极铝板发生粘连，导致剥锌困难与阴极铝板损坏严重；另一方面，氟对工人的身体健康也有一定危害，长期在氟环境中工作会引起牙齿和皮肤的损坏。因此，湿法炼锌行业通常要求电解液中氟含量小于50mg/L。

为了降低硫酸锌溶液中的氟含量，人们也开发了包括针铁矿法、离子交换法与石灰沉淀法等在内的多种除氟技术。针铁矿法指的是先在硫酸锌溶液中加入Fe2+离子，然后使Fe2+氧化成Fe3+的同时、与O2-和OH-结合生成β-FeOOH时，F-会进入到FeOOH的晶格中，从而使氟以沉淀形式脱除，该法具有较好的除氟效果，但由于Fe2+的引入，会增加后续工序的除铁压力[1]；离子交换法指的是采用D201类阴离子交换树脂来实现除氟[2]，该法操作简单，但是处理时间长，且树脂的氟容量不大，同时还会产生大量的高酸洗脱含氟废水；石灰沉淀法指的是在硫酸锌电解液中加入饱和石灰乳或可溶性的钙盐，使其中钙离子与电解液中的氟离子反应形成氟化钙沉淀来达到除氟目的，但该法存在过滤困难、氟离子难以深度去除等缺陷[3]；钍盐也是一种很好的去除溶液中氟的药剂，其原理是氟与钍形成难溶的化学物沉淀，但由于钍盐价格昂贵，通常不易大规模工业化使用[4]。

为了克服上述除氟技术的缺点，本文作者开发了一种新型的改性氧化镁，以氧化镁进行改性，具有微纳结构，包含有高活性除氟功能基团。本文将对该改性氧化镁的除氟性能进行研究。

2 实验部分

本文研究所采用的硫酸锌溶液为某锌冶炼厂的中上清液，其pH值为4.5，氟含量为480.41mg/L。

除氟过程为：将计量好的改性氧化镁加入中上清液中，然后在某一温度下搅拌一段时间，最后过滤，滤液即为除氟后液。

本实验的溶液中氟含量均采用氟离子选择电极法进行测试。

除氟效率=(除氟前溶液中的氟含量-除氟后溶液中的氟含量)/除氟前溶液中的氟含量*100%。

3 结果与讨论

3.1 反应温度对除氟性能的影响

考虑到生产实践中的中上清液温度介于40℃～80℃之间，因此，本文实验所选取的反应温度分别为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，不同温度下的反应时间均为60min，氧化镁投加量均为需处理溶液中氟量的10倍。

图1中示出了不同温度下的除氟效率。显然，温度的升高有利于除氟效率的提升；但是，当反应温度升高至60℃以后，除氟效率呈下降趋势；60℃时可获得90%的除氟效率。

图1 反应温度对除氟效率的影响

3.2 反应时间对除氟性能的影响

图2 反应时间对除氟效率的影响

本部分实验的工艺条件为：反应温度60℃，氧化镁投加量为需处理溶液中氟量的10倍；实验选取的反应时间为20min、40min、60min、80min与100min。从图2可知，除氟效率随着时间的延长而提升，在时间为60min时的除氟效率达到最高，当时间延长至100min时的除氟效率反而有所降低。

3.3 氧化镁加入量对除氟性能的影响

图3 不同氧化镁投加量对除氟效率的影响

氧化镁加入量与企业的除氟成本密切相关，因此找到一个最优加入量是必要的。图3中列出了不同氧化镁加入倍数下的除氟效率(氧化镁加入倍数指的是氧化镁加入的重量与溶液中氟含量之比)，除氟的其它工艺条件为60℃的反应温度与60min的反应时间。

从图3可以看出，当氧化镁加入倍数到10时，溶液中的氟浓度从480mg/L可降到50mg/L以下；继续增大投加倍数不会大幅提高除氟效率。

3.4 其他阳离子浓度对除氟性能的影响

湿法炼锌不同工段的硫酸锌溶液中的铁、镁、镉等杂质含量以及锌离子浓度各不相同。为了考虑氧化镁可能会在不同工序使用，本部分考察了铁、镁、镉与锌浓度对除氟效果的影响。研究所选取的亚铁离子、镁离子、镉离子与锌离子的浓度区间分别为5～25g/L、5～25g/L、1～5g/L及50～160g/L。本部分除氟采用的工艺条件为：反应温度60℃，反应时间60min，氧化镁投加倍数为10倍。各离子浓度与除氟效率的关系如图4-图7所示。

图4 亚铁离子浓度影响

图5 镉离子浓度影响

图6 镁离子浓度影响

图7 锌离子浓度影响

从图4可知，亚铁离子浓度对改性氧化镁除氟性能影响较大，随亚铁离子浓度增加，除氟效率逐渐下降；当溶液中的亚铁离子从10g/L增加至15g/L时，除氟效率从77%下降至了43%。因此采用该氧化镁进行除氟时，应该采用除铁后液进行生产，以提高除氟效率。

从图5可以看出，镉离子对氧化镁的除氟性能影响不大，当镉离子从1g/L增加至5g/L时，除氟效率只有轻微下降。

从图6可以看出，镁离子浓度对氧化镁的除氟性能影响较大。随镁离子浓度增加，除氟效率逐渐降低。当溶液中的镁离子超过10g/L后，除氟效率下降明显；镁离子浓度达到15g/L时，除氟效率仅有52%。因此实际湿法炼锌生产过程中应尽量选取镁离子浓度较低的溶液进行除氟，以降低整个电解液中的氟离子浓度。

从图7可以看出，锌离子浓度对氧化镁的除氟性能影响不大，当锌离子浓度从50g/L升高至160g/L时，除氟效率仅9%的下降。

4 结论

(1)实验结果表明，改性氧化镁可较高效率地去除硫酸锌电解液中的氟。当采用60℃反应温度、60min反应时间控制在以及10倍氧化镁投加量这个工艺处理中上清液时，可获得接近90%的除氟效率。

(2)镁离子和亚铁离子对氧化镁除氟性能影响较大，因此实际生产中应尽量降低该两种离子浓度，以提高除氟效率；镉离子与锌离子对氧化镁的除氟性能影响较小。