用新型除镁剂从高镁硫酸锌溶液中去除镁

杨晓冬，徐俊忠，马先春，许凌霞

(1.云南金鼎锌业有限公司，云南 怒江 673200；2.四川弘业环保科技有限公司，四川 德阳 618000)

在湿法炼锌过程中，原料中的镁以硫酸盐形式进入浸出液中，并在冶炼过程中不断富集。溶液中的镁大量累积会增大溶液体积密度，在电解循环过程中，当局部温度下降时，过饱和的硫酸镁发生结晶，沉积在输送管道、溜槽、贮槽中，造成管道堵塞使送液能力下降，甚至损坏设备；电解循环液中镁离子浓度过高，会增大电解液电阻，降低电解电流效率，严重影响生产[1-3]：因此，锌电解液中的镁离子质量浓度一般控制在12 g/L以下，若浓度过高，则需进行开路处理。

从溶液中去除镁离子的方法主要有预处理脱除法、氟化物沉淀法、开路溶液法、冷却结晶法及溶剂萃取法等[4-6]。但这些方法都存在工艺过程长、运行成本高、有价金属损耗大、带入杂质离子和有机物对系统有影响等问题[7-8]。虽然氟化物能有效沉淀镁离子，但溶液中氟离子残留量过大会导致阴极锌剥板困难，阴极板消耗增大[9-12]。溶剂萃取法虽对镁的脱出率较高，但会残余一定量有机物，导致电积效率降低，甚至发生烧板现象[13-17]。

针对硫酸锌溶液除镁存在的上述问题，四川弘业环保科技有限公司研发了一种新型无机除镁剂。试验考察了这种除镁剂从硫酸锌溶液中除镁的效果，以及对系统的影响。

1 试验部分

1.1 试验仪器及试剂

电子分析天平，沈阳龙鹏电子有限公司；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器科技有限公司；XZ-1型真空泵，上海博禹泵业有限公司。

无机除镁剂，四川弘业环保科技有限公司产品；高镁硫酸锌电解液，某锌冶炼企业，ρ(Mg2+)=18.5 g/L，ρ(Zn2+)=109.2 g/L，pH=5.4；EDTA 标准溶液，22.1 mmol/L；NH3-NH4Cl缓冲液，pH=10；络黑T指示剂；醋酸-醋酸钠缓冲液，pH=5； 二甲酚橙指示剂，2 g/L。

1.2 试验原理及方法

新型除镁剂为粉末颗粒，表面和孔隙中含有活性离子，可与溶液中的Mg2+反应形成复合沉淀物；复合沉淀物吸附于除镁剂表面和孔隙中，随除镁剂颗粒一起过滤去除，实现从溶液中去除镁。

采用单因素试验法考察除镁剂的除镁效果。每组试验取硫酸锌溶液200 mL倒入250 mL烧杯中，加入一定质量除镁剂，恒温反应一定时间后真空抽滤，静置一定时间后测定除镁后液中锌、镁离子质量浓度，计算镁去除率和锌损失率。溶液中的锌离子与镁离子质量浓度采用EDTA滴定法测定。

2 试验结果与讨论

2.1 除镁剂用量对除镁的影响

硫酸锌溶液中Mg2+质量浓度18.5 g/L，反应时间90 min，反应温度80 ℃，溶液pH=5.4，除镁剂用量对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表1。除镁剂用量以Mg2+质量浓度的倍数表示。

表1 除镁剂用量对镁去除率和锌损失率的影响

由表1看出：随除镁剂用量增大，镁去除率逐渐提高；除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍时，镁去除率为70.25%；继续增大除镁剂用量，镁去除率提高幅度很小，而锌损失率升高。当除镁剂用量达到一定水平后，其与Mg2+反应变慢，而与Zn2+的结合加快，造成锌损失加大。综合考虑，确定除镁剂最佳用量为Mg2+质量浓度的1.25倍。

2.2 反应时间对除镁的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应温度80 ℃，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+质量浓度18.5 g/L，反应时间对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表2。可以看出，在一定除镁剂用量下，随反应进行，镁去除率逐渐提高，60 min 后趋于稳定。反应达到平衡后，继续延长反应时间对除镁影响不大。综合考虑，确定最佳反应时间为60 min。

表2 反应时间对镁去除率和锌损失率的影响

2.3 反应温度对除镁的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应时间60 min，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+质量浓度为18.5 g/L，反应温度对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表3。

表3 反应温度对镁去除率和锌损失率的影响

由表3看出，反应温度对除镁效果影响较大：随温度从40 ℃升高到60 ℃，镁去除率逐渐提高；温度超过60 ℃后，镁去除率反而略有降低。温度过高不利于Mg2+的沉淀去除；且升温会加剧除镁剂与Zn2+之间的反应，导致锌损失率升高。综合考虑，确定适宜温度为60 ℃。

2.4 溶液pH对除镁的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，溶液pH对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表4。

表4 溶液pH对镁去除率和锌损失率的影响

由表4看出：溶液pH<4.0对除镁不利；溶液pH>4.0后，随pH增大，镁去除率略有提高。pH过低，溶液酸性过强，可能会将产生的镁沉淀物复溶，导致除镁效果变差。综合考虑，溶液pH以控制在5.0左右为宜。

2.5 杂质离子对除镁的影响

锌电解液中，除含杂质镁外，通常还含有一定量氟、氯离子，这些杂质的存在对除镁也会有一定影响。

2.5.1 F-质量浓度的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中Cl-和Zn2+浓度一定，初始Mg2+质量浓度18.5 g/L，溶液中F-质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表5。

表5 F-质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响

由表5看出：溶液中F-质量浓度对镁去除率和锌损失率影响较小；随F-质量浓度增大，镁去除率略有降低。

2.5.2 Cl-质量浓度的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中F-和Zn2+质量浓度一定，初始Mg2+质量浓度18.5 g/L，Cl-质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表6。

表6 Cl-质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响

由表6看出：溶液中Cl-质量浓度对镁去除率和锌损失率都影响很小；随Cl-质量浓度提高，镁去除率仅略有降低，基本稳定在70%左右。

2.5.3 Zn2+质量浓度的影响

除镁剂用量为Mg2+质量浓度的1.25倍，反应时间60 min，温度60 ℃，溶液pH=5，溶液中F-和Cl-质量浓度一定，初始Mg2+质量浓度18.5 g/L， 溶液中Zn2+质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响试验结果见表7。

表7 Zn2+质量浓度对镁去除率和锌损失率的影响

由表7看出：溶液中Zn2+质量浓度在50～130 g/L范围内，对除镁影响不大，镁去除率都稳定在70%以上；但随Zn2+质量浓度提高，锌损失率增大。因此，实际生产中，在Zn2+质量浓度较低的溶液中除镁可有效降低锌损失率。

3 结论

四川弘业环保科技有限公司自制的新型除镁剂对高镁硫酸锌溶液除镁有较好的效果。对Mg2+质量浓度为18.5 g/L的硫酸锌溶液，适宜条件下，镁去除率稳定在70%以上，F-、Cl-的存在对除镁影响不大。该新型无机除镁剂无毒无害，价格低廉，应用方便，有较好的应用前景。