用新型除鎂劑從高鎂硫酸鋅溶液中去除鎂

楊曉冬，徐俊忠，馬先春，許凌霞

(1.云南金鼎鋅業有限公司，云南 怒江 673200；2.四川弘業環保科技有限公司，四川 德陽 618000)

在濕法煉鋅過程中，原料中的鎂以硫酸鹽形式進入浸出液中，并在冶煉過程中不斷富集。溶液中的鎂大量累積會增大溶液體積密度，在電解循環過程中，當局部溫度下降時，過飽和的硫酸鎂發生結晶，沉積在輸送管道、溜槽、貯槽中，造成管道堵塞使送液能力下降，甚至損壞設備；電解循環液中鎂離子濃度過高，會增大電解液電阻，降低電解電流效率，嚴重影響生產[1-3]：因此，鋅電解液中的鎂離子質量濃度一般控制在12 g/L以下，若濃度過高，則需進行開路處理。

從溶液中去除鎂離子的方法主要有預處理脫除法、氟化物沉淀法、開路溶液法、冷卻結晶法及溶劑萃取法等[4-6]。但這些方法都存在工藝過程長、運行成本高、有價金屬損耗大、帶入雜質離子和有機物對系統有影響等問題[7-8]。雖然氟化物能有效沉淀鎂離子，但溶液中氟離子殘留量過大會導致陰極鋅剝板困難，陰極板消耗增大[9-12]。溶劑萃取法雖對鎂的脫出率較高，但會殘余一定量有機物，導致電積效率降低，甚至發生燒板現象[13-17]。

針對硫酸鋅溶液除鎂存在的上述問題，四川弘業環保科技有限公司研發了一種新型無機除鎂劑。試驗考察了這種除鎂劑從硫酸鋅溶液中除鎂的效果，以及對系統的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器及試劑

電子分析天平，沈陽龍鵬電子有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司；XZ-1型真空泵，上海博禹泵業有限公司。

無機除鎂劑，四川弘業環保科技有限公司產品；高鎂硫酸鋅電解液，某鋅冶煉企業，ρ(Mg2+)=18.5 g/L，ρ(Zn2+)=109.2 g/L，pH=5.4；EDTA 標準溶液，22.1 mmol/L；NH3-NH4Cl緩沖液，pH=10；絡黑T指示劑；醋酸-醋酸鈉緩沖液，pH=5； 二甲酚橙指示劑，2 g/L。

1.2 試驗原理及方法

新型除鎂劑為粉末顆粒，表面和孔隙中含有活性離子，可與溶液中的Mg2+反應形成復合沉淀物；復合沉淀物吸附于除鎂劑表面和孔隙中，隨除鎂劑顆粒一起過濾去除，實現從溶液中去除鎂。

采用單因素試驗法考察除鎂劑的除鎂效果。每組試驗取硫酸鋅溶液200 mL倒入250 mL燒杯中，加入一定質量除鎂劑，恒溫反應一定時間后真空抽濾，靜置一定時間后測定除鎂后液中鋅、鎂離子質量濃度，計算鎂去除率和鋅損失率。溶液中的鋅離子與鎂離子質量濃度采用EDTA滴定法測定。

2 試驗結果與討論

2.1 除鎂劑用量對除鎂的影響

硫酸鋅溶液中Mg2+質量濃度18.5 g/L，反應時間90 min，反應溫度80 ℃，溶液pH=5.4，除鎂劑用量對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表1。除鎂劑用量以Mg2+質量濃度的倍數表示。

表1 除鎂劑用量對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表1看出：隨除鎂劑用量增大，鎂去除率逐漸提高；除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍時，鎂去除率為70.25%；繼續增大除鎂劑用量，鎂去除率提高幅度很小，而鋅損失率升高。當除鎂劑用量達到一定水平后，其與Mg2+反應變慢，而與Zn2+的結合加快，造成鋅損失加大。綜合考慮，確定除鎂劑最佳用量為Mg2+質量濃度的1.25倍。

2.2 反應時間對除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應溫度80 ℃，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+質量濃度18.5 g/L，反應時間對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表2。可以看出，在一定除鎂劑用量下，隨反應進行，鎂去除率逐漸提高，60 min 后趨于穩定。反應達到平衡后，繼續延長反應時間對除鎂影響不大。綜合考慮，確定最佳反應時間為60 min。

表2 反應時間對鎂去除率和鋅損失率的影響

2.3 反應溫度對除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應時間60 min，溶液pH=5.4，溶液中Mg2+質量濃度為18.5 g/L，反應溫度對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表3。

表3 反應溫度對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表3看出，反應溫度對除鎂效果影響較大：隨溫度從40 ℃升高到60 ℃，鎂去除率逐漸提高；溫度超過60 ℃后，鎂去除率反而略有降低。溫度過高不利于Mg2+的沉淀去除；且升溫會加劇除鎂劑與Zn2+之間的反應，導致鋅損失率升高。綜合考慮，確定適宜溫度為60 ℃。

2.4 溶液pH對除鎂的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應時間60 min，反應溫度60 ℃，溶液pH對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表4。

表4 溶液pH對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表4看出：溶液pH<4.0對除鎂不利；溶液pH>4.0后，隨pH增大，鎂去除率略有提高。pH過低，溶液酸性過強，可能會將產生的鎂沉淀物復溶，導致除鎂效果變差。綜合考慮，溶液pH以控制在5.0左右為宜。

2.5 雜質離子對除鎂的影響

鋅電解液中，除含雜質鎂外，通常還含有一定量氟、氯離子，這些雜質的存在對除鎂也會有一定影響。

2.5.1 F-質量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應時間60 min，反應溫度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中Cl-和Zn2+濃度一定，初始Mg2+質量濃度18.5 g/L，溶液中F-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表5。

表5 F-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表5看出：溶液中F-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率影響較小；隨F-質量濃度增大，鎂去除率略有降低。

2.5.2 Cl-質量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應時間60 min，反應溫度60 ℃，溶液pH=5.0，溶液中F-和Zn2+質量濃度一定，初始Mg2+質量濃度18.5 g/L，Cl-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表6。

表6 Cl-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表6看出：溶液中Cl-質量濃度對鎂去除率和鋅損失率都影響很小；隨Cl-質量濃度提高，鎂去除率僅略有降低，基本穩定在70%左右。

2.5.3 Zn2+質量濃度的影響

除鎂劑用量為Mg2+質量濃度的1.25倍，反應時間60 min，溫度60 ℃，溶液pH=5，溶液中F-和Cl-質量濃度一定，初始Mg2+質量濃度18.5 g/L， 溶液中Zn2+質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響試驗結果見表7。

表7 Zn2+質量濃度對鎂去除率和鋅損失率的影響

由表7看出：溶液中Zn2+質量濃度在50～130 g/L范圍內，對除鎂影響不大，鎂去除率都穩定在70%以上；但隨Zn2+質量濃度提高，鋅損失率增大。因此，實際生產中，在Zn2+質量濃度較低的溶液中除鎂可有效降低鋅損失率。

3 結論

四川弘業環保科技有限公司自制的新型除鎂劑對高鎂硫酸鋅溶液除鎂有較好的效果。對Mg2+質量濃度為18.5 g/L的硫酸鋅溶液，適宜條件下，鎂去除率穩定在70%以上，F-、Cl-的存在對除鎂影響不大。該新型無機除鎂劑無毒無害，價格低廉，應用方便，有較好的應用前景。