硫酸鋅溶液一段凈化除銅、鎘新技術

森 維，孫紅燕，彭 林，楊繼生，宋興誠

（1．云南錫業集團（控股）有限責任公司，云南 個舊 661000；2．紅河學院 理學院，云南 蒙自 661100）

目前，國內外對硫酸鋅溶液除銅、鎘通常采用鋅粉置換法［1-2］。Zn／Zn2＋、Cd／Cd2＋、Cu／Cu2＋的標準電極電位分別為-0．763、-0．403、0．337 V，鋅先置換銅，后置換鎘。置換反應所用的鋅粉主要有電爐鋅粉和噴吹鋅粉，但電爐鋅粉更具優勢［3-5］：1）電爐鋅粉顆粒細，單位質量顆粒數約為噴吹鋅粉的60倍，分散度高，表面積大，反應速度快，活性強，耗量少；2）電爐鋅粉含有鉛、銻等雜質，對凈化除銅、鎘有促進作用；3）電爐鋅粉用原礦直接制取，成本低。生產實踐中，電爐鋅粉用量比噴吹鋅粉用量少，但仍需要理論量的2～3倍［6-7］才能保證置換后液中鎘質量濃度小于20 mg／L。為進一步減少鋅粉用量，研究了通過添加活化劑A對硫酸鋅溶液進行一段凈化除銅、鎘，并對生產系統進行技術改進。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗原料為煉鋅系統的中上清液，pH為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。

電爐鋅粉：120目，總鋅質量分數大于91%，金屬鋅質量分數大于86%，含少量鉛、鎘、銻等雜質。

活化劑A：質量濃度為150g／L。加入活化劑可破壞電爐鋅粉表面的氧化鋅附面層，減少銅、鎘與鋅形成合金，提高電爐鋅粉利用率，減少鋅粉耗量，節約成本。

1．2 試驗方法

小型試驗：在5L燒杯中進行。將4L中上清液加入燒杯中，放置在電爐上加熱，機械攪拌。溶液加熱至50～60℃（目前所有工廠的一段凈化液溫度都控制在50～60℃，溫度過高會導致置換出的鎘復溶），加入一定量活化劑A，再加入電爐鋅粉，反應一段時間后停止加熱，過濾后得一段凈化液和銅鎘渣。

技術改進試驗：將小型試驗確定的最佳參數應用于工業試驗。在帶有機械攪拌裝置的鋼襯膠襯磚槽體（φ3 000mm×4 000mm，總容積28．3 m3）內進行，方法與小型試驗相同，槽體上配有蒸汽加熱裝置。

2 試驗結果與討論

2．1 鋅粉用量對除銅、鎘的影響

試驗條件：溫度50～60℃，反應時間45 min，活化劑A加入量為1．5mL，1＃凈化液中鋅粉加入量約等于理論量，2＃和3＃凈化液中鋅粉加入量逐漸增加。電爐鋅粉加入量對去除銅、鎘的影響試驗結果見表1。

從表1看出，電爐鋅粉用量約等于理論量時，銅可脫除到 0．138mg／L，鎘可脫除到36．45 mg／L，脫除率分別為99．79%、97．95%。根據生產經驗，此溶液再經二段、三段凈化處理可完全達到電解要求（ρ（Cu2＋）＜0．5mg／L，ρ（Cd2＋）＜2．5 mg／L）；當電爐鋅粉用量逐漸增加時，銅、鎘去除率更高，但為了節省成本，電爐鋅粉按理論量加入即可。

2．2 活化劑A加入量對除銅、鎘的影響

試驗條件：溫度50～60℃，反應時間45 min，電爐鋅粉加入量為理論量即5．27g，活化劑A加入量為0．2～15mL。活化劑A加入量對銅鎘去除率的影響試驗結果見表2。可以看出，隨活化劑A加入量增加，銅脫除率變化不大，鎘脫除率先升高后降低，這可能是活化劑A用量過多后鎘出現復溶所致。活化劑A用量不宜過多，以1．5mL（0．375mL／L）除鎘效果最好。

表2 活化劑A用量對除銅、鎘的影響

2．3 反應時間對除銅、鎘的影響

試驗條件：溫度50～60℃，電爐鋅粉加入量為理論量即5．27g，活化劑A加入量為1．5mL。反應時間對銅、鎘去除率的影響試驗結果見表3。可以看出：隨反應時間延長，銅、鎘脫除率提高；反應時間為45min時，銅脫除率為99．79%，鎘脫除率為97．95%。綜合考慮，反應時間以45min為宜。

表3 反應時間對除銅、鎘的影響

2．4 工業試驗

表4為工業生產系統中一段凈化前液（中上清液，改進前）銅、鎘質量濃度。可以看出，實際溶液中，鎘質量濃度非常高，且銅、鎘質量濃度波動較大，需補加電爐鋅粉的量也波動較大，所以生產中需嚴格控制電爐鋅粉加入量，否則容易出現鋅粉過量或不足現象。

表4 濕法煉鋅系統中凈化前液的銅、鎘質量濃度

表5為技術改進前、后濕法煉鋅系統中一段凈化液的銅、鎘質量濃度。凈化過程中不加活化劑A。由于電爐鋅粉表面有氧化鋅附面層，且置換出的銅、鎘容易與鋅形成合金，隨反應的進行，反應速度和電爐鋅粉利用率都降低，鋅粉用量加大。為了降低生產成本，根據小型試驗結果并結合生產實際，對一段凈化過程進行技術改進：添加活化劑A破壞電爐鋅粉表面的氧化鋅附面層，減少銅、鎘與鋅形成合金，提高反應速度和電爐鋅粉利用率。工藝條件為：溫度50～60℃，反應時間45min，活化劑A加入量0．375mL／L，電爐鋅粉加入量略大于理論量。從表5看出，添加活化劑A后，電爐鋅粉消耗量約為改進前的一半，銅脫除率大于99%，鎘脫除率大于90%。雖然一段凈化液中鎘質量濃度波動仍較大，但經二段、三段凈化后完全能夠滿足生產要求。

表5 技術改進前、后濕法煉鋅系統中一段凈化液的銅、鎘質量濃度

2．5 經濟效益

技術改進前，每年鋅粉消耗量為1 289．68t，而技術改進后，每年鋅粉耗量約為700t，按每t鋅粉1．2萬元計算，每年可節約709．4萬元。此外，技術改進后，每年可減少約590t鋅粉進入銅鎘渣中，大幅度降低了后續處理成本，節約資金約20萬元。

3 結論

采用添加活化劑A新技術對硫酸鋅溶液一段凈化除銅、鎘，電爐鋅粉消耗量約降低一半，生產成本大幅度降低，凈化液中銅脫除率大于99%，鎘脫出率大于90%，滿足生產要求。

［1］寧模功，郭媛，馬進．硫酸鋅溶液的凈化［J］．有色冶煉，1999，28（4）：27-30．

［2］韋巖松，呂雪麗，王振峰，等．鋅銦冶煉過程中鎘砷的流向及在廢渣中的分布［J］．濕法冶金，2014，33（3）：219-221．

［3］米家蓉．電爐鋅粉用于硫酸鋅溶液凈化的生產實踐［J］．云南冶金，1990（4）：58-60．

［4］張瑞祥．電爐鋅粉在濕法煉鋅凈液中的應用［J］．有色金屬（冶煉部分），1994（4）：14-16．

［5］沈國華．電爐鋅粉凈化硫酸鋅溶液的研究［J］．湖南有色金屬，1989，5（3）：61-62．

［6］梁龍偉．濕法煉鋅新三段凈化工藝研究［D］．昆明：昆明理工大學，2012．

［7］劉瑜，楊大錦，劉俊場，等．空化作用下從硫酸鋅溶液中去除鎳、鈷試驗研究［J］．濕法冶金，2014，33（2）：133-135．