絮凝劑對鋅電解沉積的影響研究

謝庭芳，羅永光，馬愛元

(1.西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；3.六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

在濕法煉鋅過程及伴生金屬的綜合回收流程中，由于生產(chǎn)的需要，不可避免的要用到添加劑，同時一些有機物便被帶入溶液中，如骨膠、3#絮凝劑（聚丙烯酰胺）、吡啶、黃藥（乙基磺酸鈉）、2#油（主成分萜烯醇）、丁基胺黑藥、P 204（二-2-乙基己基磷酸酯）、煤油及其他油脂類[1-5]。有機物的含量直接影響鋅的電積過程，有機物含量過高會引起燒板、反溶、長胞丁等現(xiàn)象[1,6]。3#絮凝劑是鋅浸出過程為加速礦漿沉淀而加入的，是溶液中有機物之一。少量的3#絮凝劑殘余，因其表面活性作用，某種程度上能改善陰極鋅結(jié)晶質(zhì)量，但溶液中過量的3#絮凝劑存在將對鋅電積生產(chǎn)造成不良影響。研究3#絮凝劑對鋅電積過程的影響，對認(rèn)識其在鋅電積過程的危害和影響規(guī)律有重要意義，并可為生產(chǎn)使用和管理提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

碳酸鍶、牛膠、3#絮凝劑均為工業(yè)級、廢電解液，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 主要設(shè)備

0 ~ 3000 A硅整流器一臺，820 mm×300 mm×600 mm自制電解槽2個，磁力循環(huán)泵2臺。

1.3 實驗方法

本實驗采用與實際生產(chǎn)規(guī)模1 : 10比例的電解槽，按照工業(yè)條件參數(shù)進(jìn)行模擬實驗。系統(tǒng)共有2個電解槽，每槽裝8塊陽極和7塊陰極，陰極有效面積為0.16 m2，同極中心距75 mm，混液比（新液：廢液）按1 : 18 ~ 20控制，電解槽流量按440 L/h控制，實驗用新液采用實際生產(chǎn)中合格新液，實驗期間新液及廢液采用連續(xù)的加入及排出，每兩小時加一次碳酸鍶與牛膠，碳酸鍶以干粉形式直接加入混液池，牛膠經(jīng)溶化后以水溶液形式加入混液池，將3#絮凝劑按50 mg/L濃度與新液進(jìn)行混合后，連續(xù)均勻的加入電解槽內(nèi)，電積周期為48 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加絮凝劑前后溶液變化

鋅電解新液加入絮凝劑后，溶液澄清速度由原來的12 ~ 16 h縮短至30 min，但溶液變的粘稠，并有絮狀物漂浮在溶液中。在刮板后的電解過程中，加入含有3#絮凝劑的新液，電解液一天時間既可變得清亮，而生產(chǎn)過程中往往需要3 ~ 5個周期溶液才能逐漸變清。說明3#絮凝劑能起到絮凝作用，使溶液中的結(jié)晶或者固體顆粒絮凝沉降，但會使溶液黏度增加。

2.2 添加絮凝劑前后槽面變化

使用添加了3#絮凝劑的新液后，在每次往電解液中添加牛膠后，電解槽尾端會產(chǎn)生大量的泡沫。這是由于3#絮凝劑和牛膠均屬有機物，且均為表面活性物質(zhì)，而隨著3#絮凝劑的不斷加入，溶液中有機物含量不斷升高，使溶液更容易產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡，從而導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生。另外，實驗發(fā)現(xiàn)，添加了3#絮凝劑后，陽極上產(chǎn)生的氣泡明顯減少，反而陰極上產(chǎn)生了大量的氣泡。這說明，3#絮凝劑能夠吸附在陰極表面，使氫的超電壓降低，導(dǎo)致電解時產(chǎn)生鋅反溶現(xiàn)象。

2.3 添加絮凝劑對鋅片質(zhì)量的影響

在未使用添加了3#絮凝劑的新液前，鋅片表面只長有少量1 ~ 3 mm的胞丁，而且鋅片較厚，厚度為2.8 ~ 3.0 mm。而在使用添加了3#絮凝劑的新液一個周期后，鋅片表面看起來跟前一個周期的變化不大，但是鋅片明顯的不致密，而且發(fā)脆，顏色有點發(fā)青。在使用添加了3#絮凝劑的新液第二個周期后，部分鋅片表面開始長有2 ~ 6 mm的胞丁，而且胞丁顆粒較大，鋅片厚度變薄至2.5 mm左右。在使用添加了3#絮凝劑的新液第四個周期后，大部分鋅片表面都長有大量的2 ~ 6 mm的胞丁，而且變得越來越薄，鋅片極不致密，非常的脆，有時候在剝鋅過程中就會斷裂。這說明3#絮凝劑的存在，嚴(yán)重降低了鋅片的產(chǎn)量，改變了鋅的沉積過程，使鋅片脆而不致密。

2.4 添加絮凝劑對電流效率和電能消耗的影響

添加絮凝劑前后電流效率的變化見圖1。

圖1 添加絮凝劑對電流效率和電能消耗的影響Fig.1 Influence of adding flocculant on current eきciency and power consumption

從圖1可以看出，在未添加3#絮凝劑前，隨著電解周期的增加，電流效率略微升高，電能消耗緩慢降低，但變化不大，趨于平穩(wěn)；在添加了3#絮凝劑后，隨著電解周期的增加，溶液中有機物濃度不斷增加，電流效率不斷降低，電能消耗不斷增加，在第六周期電流效率較低到75.92%，電能消耗增加到了3586.41 kWh/tZn。這同樣表明3#絮凝劑的存在會降低鋅片的產(chǎn)量，增加能耗，印證了上面的分析。

2.5 添加絮凝劑前后溶液中有機物含量的變化

實驗過程中通過分析溶液中化學(xué)需氧量（COD）的變化來表征溶液中有機物濃度的變化，以確定溶液中有機物的控制范圍，分析結(jié)果見圖2。

圖2 添加絮凝劑前后溶液COD濃度的變化Fig.2 Change of COD concentration in solution before and after adding flocculant

從圖2看出，在未添加3#絮凝劑前，溶液中COD濃度變化很小，均保持在90 mg/L以下，說明溶液中有機物濃度趨于平穩(wěn)；在添加了3#絮凝劑后，隨著電解周期的增加，溶液中COD濃度不斷增加，表明有機物濃度不斷增加。結(jié)合見圖2分析結(jié)果，電解液中COD含量應(yīng)控制在90 mg/L以內(nèi)。

3 結(jié) 論

（1）過量的3#絮凝劑進(jìn)入流程中，會對鋅電解造成較大的影響。不僅會增加電解液的黏度，使電解液易產(chǎn)生泡沫，并析出鋅極不致密，表面長出大量的胞丁，并使鋅片發(fā)脆，還會造成析出鋅的反溶解，大大的降低電流效率，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)電流效率降低十多個百分點。在生產(chǎn)過程中，必須加強絮凝劑的使用及和管理，防止過量的絮凝劑進(jìn)入流程。

（2）溶液中有機物的含量可以通過溶液COD表征，為確保鋅電積的正常運行，電解液中COD含量應(yīng)控制在90 mg/L以內(nèi)。

（3）跟絮凝劑一樣，油污、骨膠、有機除鈷劑等添加劑也是有機物，生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格此類添加劑的使用，不僅要加強對原料質(zhì)量的把關(guān)，而且在使用過程中要根據(jù)生產(chǎn)的具體情況調(diào)整添加劑的使用量，或者在凈液工序根據(jù)系統(tǒng)的有機物含量，增加除有機物的工藝，如活性炭吸附工藝。