从湿法炼锌硫酸锌溶液中去除氯试验研究

杨晓冬，徐俊忠，马先春，罗琪护

(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，受原料组成的影响，浸出、净化和电解工序的料液中都会存在大量氯离子。氯离子的存在会加速泵的叶轮和搅拌机等高速转动部件的腐蚀断裂，还会造成泵机轴承、螺杆、基座和阀门的损坏[1-3]；电解时，氯离子含量过高会造成阳极铅板腐蚀，造成阳极寿命缩短，阳极板损耗加大，也会使析出锌中铅含量较高[4-5]；浓度过高的氯离子会透过阳极板上的PbO2保护膜，与铅板发生反应生成氯化铅，从而使电解液中铅离子浓度升高，并使铅离子在阴极上析出，造成阴极锌中铅含量升高，影响锌质量[6-8]。因此，去除硫酸锌溶液中的氯离子对获得高质量阴极锌产品有重要意义。电解液中，氯离子质量浓度一般控制在200 mg/L以内[9-10]。目前，从硫酸锌电解液中去除氯离子的方法主要有沉淀法和离子交换法。沉淀法有氯化银沉淀法、氯化亚铜沉淀法、絮凝剂法等，这些方法普遍存在氯离子去除率低、试剂消耗量大、成本高和锌损失大等问题[11-14]。四川弘业环保科技有限公司研发出一种除氯剂，试验研究了采用这种新型除氯剂从硫酸锌溶液中去除氯离子。

1 试验部分

1.1 试验仪器及试剂

JJ-1型精密定时电动搅拌器(常州荣华仪器制造有限公司)，PXSJ-216F型pH计(上海精科雷磁有限公司)，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)，电子分析天平(沈阳龙鹏电子有限公司)。

除氯剂(四川弘业环保科技有限公司研发产品)，含氯硫酸锌溶液(取自云南某冶炼锌厂)，硫酸(分析纯试剂)，铬酸钾指示剂(10%溶液)，硝酸银标准溶液(0.028 21 mol/L)。

1.2 试验原理及方法

试验原理：除氯剂中的Me3+与硫酸锌溶液中的Cl-反应生成难溶MeOCl沉淀，主要反应为

MeOCl沉淀物附着于除氯剂颗粒表面，过滤后Cl-随除氯剂渣一同被去除。除氯剂为200目以上超细颗粒，表面吸附氯离子后，不会影响除氯效果。

试验方法：用量筒量取200 mL含氯硫酸锌溶液于250 mL烧杯中，加热到一定温度后，向溶液中加入相对Cl-质量浓度一定倍数的除氯剂，在除氯剂与Cl-反应一定时间后，用真空泵抽滤，分析滤液中氯离子含量。

2 试验结果与讨论

采用自制的针对含氯硫酸锌溶液的除氯剂，以单因素试验法考察除氯剂用量、反应时间、反应温度和溶液pH等对Cl-去除效果的影响。

2.1 除氯剂用量对除氯的影响

反应时间60 min，反应温度70 ℃，溶液pH=5.0，料液中初始Cl-质量浓度500 mg/L，除氯剂用量以相对溶液中Cl-质量浓度的倍数计算。除氯剂用量对氯去除效果的影响试验结果见表1。

表1 除氯剂用量对除氯的影响

由表1看出：随除氯剂用量增加，Cl-去除率升高；除氯剂用量达到溶液中Cl-质量浓度10倍以上，再继续增大除氯剂用量，Cl-去除率变化不大。综合考虑，确定除氯剂用量为硫酸锌溶液中Cl-质量浓度的10倍。

2.2 反应时间对除氯的影响

除氯剂用量为溶液中Cl-质量浓度的10倍，反应温度70 ℃，料液pH=5.0，Cl-初始质量浓度500 mg/L，反应时间对除氯的影响试验结果见表2。

表2 反应时间对除氯的影响

由表2看出：在30～60 min范围内，随反应时间延长，Cl-去除率逐渐提高；反应60 min后，继续延长反应时间，Cl-去除率略有降低。反应时间过长，本已达到吸附饱和点的Cl-会发生脱附而重新进入溶液，影响除氯效果。综合考虑，确定反应时间以60 min为宜。

2.3 反应温度对除氯的影响

除氯剂用量为Cl-质量浓度的10倍，反应时间60 min，料液pH=5.0，料液中Cl-质量浓度500 mg/L， 反应温度对除氯的影响试验结果见表3。

表3 反应温度对硫酸锌溶液除氯的影响

由表3看出：随反应温度升高，Cl-去除率逐渐提高；反应温度高于60 ℃后，Cl-去除率超过80%且变化不大。综合考虑实际生产中的能耗，确定除氯反应温度以60 ℃为宜。

2.4 料液pH对除氯的影响

除氯剂用量为Cl-质量浓度的10倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，料液中Cl-质量浓度500 mg/L，料液pH对除氯的影响试验结果见表4。

表4 料液pH对除氯的影响

由表4看出：料液pH对除氯的影响较小，随pH增大，Cl-去除率略有降低。炼锌厂浸出中上清液pH基本在5.2左右，此条件下用该试剂去除Cl-，去除率可达80%以上。因此，硫酸锌料液pH只需根据实际情况微调即可。

2.5 杂质离子对除氯的影响

湿法炼锌硫酸锌溶液的新液或废液中都同时存在氟、氯、镁、锌等离子，因此，试验考察了不同氟、镁、锌离子质量浓度对除氯剂除氯的影响。试验过程中各杂质离子浓度调节方式为：用氟化钠调节F-质量浓度，用硫酸镁调节Mg2+质量浓度，用硫酸锌调节Zn2+质量浓度。

2.5.1 Mg2+质量浓度对除氯的影响

除氯剂用量为溶液中Cl-质量浓度的10倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，料液pH=5.0， 料液中Zn2+和F-质量浓度分别为110 g/L和150 mg/L，Cl-质量浓度500 mg/L。溶液中Mg2+质量浓度对除氯的影响试验结果见表5。

表5 料液中Mg2+质量浓度对除氯的影响

由表5看出：料液中Mg2+质量浓度对氯去除率影响较小，随Mg2+质量浓度增大，氯去除率略有下降；料液中Mg2+质量浓度低于12 g/L时，氯去除率高于80%。综合考虑，确定料液中Mg2+浓度不宜过高，以不高于12 g/L为宜。

2.5.2 F-质量浓度对除氯的影响

除氯剂用量为Cl-质量浓度10倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，料液pH=5.0，溶液中Mg2+和Zn2+质量浓度分别为12 g/L和110 g/L，Cl-质量浓度500 mg/L。溶液中F-质量浓度对除氯的影响试验结果见表6。

表6 料液中F-质量浓度对除氯的影响

由表6看出：溶液中F-质量浓度对Cl-去除率影响不大，无论是低氟溶液还是高氟溶液，Cl-去除率都在80%以上。

2.5.3 Zn2+质量浓度对除氯的影响

除氯剂用量为Cl-浓度10倍，反应时间60 min，反应温度60 ℃，料液pH=5.0，溶液中Mg2+和F-质量浓度分别为12 g/L和150 mg/L，Cl-质量浓度为500 mg/L。料液中Zn2+质量浓度对除氯的影响试验结果见表7。

表7 料液中Zn2+质量浓度对除氯的影响

由表7看出，随料液中Zn2+质量浓度升高，氯去除率仅略有降低。实际生产中，可以不必考虑Zn2+质量浓度大小。

3 结论

采用四川弘业环保科技有限公司自主研发的除氯剂对云南某炼锌厂中上清液进行除氯，效果良好。针对Cl-质量浓度500 mg/L的硫酸锌溶液，适宜反应条件下，Cl-去除率可达81%，除氯后液中Cl-质量浓度低于200 mg/L，符合要求；料液中Zn2+质量浓度及杂质Mg2+、F-质量浓度对除氯影响均不大。