絮凝剂对锌电解沉积的影响研究

谢庭芳，罗永光，马爱元

(1.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710048；2.云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655000；3.六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004）

在湿法炼锌过程及伴生金属的综合回收流程中，由于生产的需要，不可避免的要用到添加剂，同时一些有机物便被带入溶液中，如骨胶、3#絮凝剂（聚丙烯酰胺）、吡啶、黄药（乙基磺酸钠）、2#油（主成分萜烯醇）、丁基胺黑药、P 204（二-2-乙基己基磷酸酯）、煤油及其他油脂类[1-5]。有机物的含量直接影响锌的电积过程，有机物含量过高会引起烧板、反溶、长胞丁等现象[1,6]。3#絮凝剂是锌浸出过程为加速矿浆沉淀而加入的，是溶液中有机物之一。少量的3#絮凝剂残余，因其表面活性作用，某种程度上能改善阴极锌结晶质量，但溶液中过量的3#絮凝剂存在将对锌电积生产造成不良影响。研究3#絮凝剂对锌电积过程的影响，对认识其在锌电积过程的危害和影响规律有重要意义，并可为生产使用和管理提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

碳酸锶、牛胶、3#絮凝剂均为工业级、废电解液，含Zn2+50 ~ 60 g/L，Mn2+2.5 ~ 4.5 g /L，H2SO4160 ~ 180 g/L、新液Zn2+140 ~ 160 g/L。

1.2 主要设备

0 ~ 3000 A硅整流器一台，820 mm×300 mm×600 mm自制电解槽2个，磁力循环泵2台。

1.3 实验方法

本实验采用与实际生产规模1 : 10比例的电解槽，按照工业条件参数进行模拟实验。系统共有2个电解槽，每槽装8块阳极和7块阴极，阴极有效面积为0.16 m2，同极中心距75 mm，混液比（新液：废液）按1 : 18 ~ 20控制，电解槽流量按440 L/h控制，实验用新液采用实际生产中合格新液，实验期间新液及废液采用连续的加入及排出，每两小时加一次碳酸锶与牛胶，碳酸锶以干粉形式直接加入混液池，牛胶经溶化后以水溶液形式加入混液池，将3#絮凝剂按50 mg/L浓度与新液进行混合后，连续均匀的加入电解槽内，电积周期为48 h。

2 结果与讨论

2.1 添加絮凝剂前后溶液变化

锌电解新液加入絮凝剂后，溶液澄清速度由原来的12 ~ 16 h缩短至30 min，但溶液变的粘稠，并有絮状物漂浮在溶液中。在刮板后的电解过程中，加入含有3#絮凝剂的新液，电解液一天时间既可变得清亮，而生产过程中往往需要3 ~ 5个周期溶液才能逐渐变清。说明3#絮凝剂能起到絮凝作用，使溶液中的结晶或者固体颗粒絮凝沉降，但会使溶液黏度增加。

2.2 添加絮凝剂前后槽面变化

使用添加了3#絮凝剂的新液后，在每次往电解液中添加牛胶后，电解槽尾端会产生大量的泡沫。这是由于3#絮凝剂和牛胶均属有机物，且均为表面活性物质，而随着3#絮凝剂的不断加入，溶液中有机物含量不断升高，使溶液更容易产生稳定的气泡，从而导致泡沫的产生。另外，实验发现，添加了3#絮凝剂后，阳极上产生的气泡明显减少，反而阴极上产生了大量的气泡。这说明，3#絮凝剂能够吸附在阴极表面，使氢的超电压降低，导致电解时产生锌反溶现象。

2.3 添加絮凝剂对锌片质量的影响

在未使用添加了3#絮凝剂的新液前，锌片表面只长有少量1 ~ 3 mm的胞丁，而且锌片较厚，厚度为2.8 ~ 3.0 mm。而在使用添加了3#絮凝剂的新液一个周期后，锌片表面看起来跟前一个周期的变化不大，但是锌片明显的不致密，而且发脆，颜色有点发青。在使用添加了3#絮凝剂的新液第二个周期后，部分锌片表面开始长有2 ~ 6 mm的胞丁，而且胞丁颗粒较大，锌片厚度变薄至2.5 mm左右。在使用添加了3#絮凝剂的新液第四个周期后，大部分锌片表面都长有大量的2 ~ 6 mm的胞丁，而且变得越来越薄，锌片极不致密，非常的脆，有时候在剥锌过程中就会断裂。这说明3#絮凝剂的存在，严重降低了锌片的产量，改变了锌的沉积过程，使锌片脆而不致密。

2.4 添加絮凝剂对电流效率和电能消耗的影响

添加絮凝剂前后电流效率的变化见图1。

图1 添加絮凝剂对电流效率和电能消耗的影响Fig.1 Influence of adding flocculant on current eきciency and power consumption

从图1可以看出，在未添加3#絮凝剂前，随着电解周期的增加，电流效率略微升高，电能消耗缓慢降低，但变化不大，趋于平稳；在添加了3#絮凝剂后，随着电解周期的增加，溶液中有机物浓度不断增加，电流效率不断降低，电能消耗不断增加，在第六周期电流效率较低到75.92%，电能消耗增加到了3586.41 kWh/tZn。这同样表明3#絮凝剂的存在会降低锌片的产量，增加能耗，印证了上面的分析。

2.5 添加絮凝剂前后溶液中有机物含量的变化

实验过程中通过分析溶液中化学需氧量（COD）的变化来表征溶液中有机物浓度的变化，以确定溶液中有机物的控制范围，分析结果见图2。

图2 添加絮凝剂前后溶液COD浓度的变化Fig.2 Change of COD concentration in solution before and after adding flocculant

从图2看出，在未添加3#絮凝剂前，溶液中COD浓度变化很小，均保持在90 mg/L以下，说明溶液中有机物浓度趋于平稳；在添加了3#絮凝剂后，随着电解周期的增加，溶液中COD浓度不断增加，表明有机物浓度不断增加。结合见图2分析结果，电解液中COD含量应控制在90 mg/L以内。

3 结 论

（1）过量的3#絮凝剂进入流程中，会对锌电解造成较大的影响。不仅会增加电解液的黏度，使电解液易产生泡沫，并析出锌极不致密，表面长出大量的胞丁，并使锌片发脆，还会造成析出锌的反溶解，大大的降低电流效率，严重时可能出现电流效率降低十多个百分点。在生产过程中，必须加强絮凝剂的使用及和管理，防止过量的絮凝剂进入流程。

（2）溶液中有机物的含量可以通过溶液COD表征，为确保锌电积的正常运行，电解液中COD含量应控制在90 mg/L以内。

（3）跟絮凝剂一样，油污、骨胶、有机除钴剂等添加剂也是有机物，生产过程中要严格此类添加剂的使用，不仅要加强对原料质量的把关，而且在使用过程中要根据生产的具体情况调整添加剂的使用量，或者在净液工序根据系统的有机物含量，增加除有机物的工艺，如活性炭吸附工艺。