牛文敏，馬高峰，周沖沖，郭 寧

（陜西鋅業(yè)有限公司，陜西 商洛 726007）

濕法煉鋅浸出液中銅鎘凈化主要是采用鋅粉，鋅粉在凈化過程中起還原劑的作用，將溶液中的銅、鎘離子還原為金屬態(tài)而形成沉淀［1，2］，在鋅粉凈化溶液過程中，鋅粉容易與水溶液反應(yīng)生成氫氣，所以需要考慮凈化過程中的安全問題，在凈化過程中要嚴(yán)格控制鋅粉的投加速度及投加量。金屬錳的電極電位較鋅的電極電位低，因此可應(yīng)用于溶液中銅鎘的凈化［3］，硫酸鋅溶液在電積過程中需要有一定量的錳離子存在，從而延長陽極板的壽命，而在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，隨著電積過程的進(jìn)行，溶液中的錳離子會發(fā)生貧化而導(dǎo)致陽極壽命縮短?；阱i離子能夠作為溶液中銅鎘的還原劑，在除銅鎘的同時又可以向溶液中補(bǔ)入錳離子，試驗(yàn)進(jìn)行了以金屬錳粉為銅鎘的還原劑去除硫酸鋅溶液中銅鎘的研究，主要研究了在模擬硫酸鋅溶液及實(shí)際生產(chǎn)過程中錳粉對銅鎘離子的去除效果，并比較了錳粉、鋅粉在除銅鎘過程中的氫氣的產(chǎn)生量。研究結(jié)果為濕法煉鋅過程銅鎘的去除提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

錳粉為市售，粒度-0.175 mm，錳含量99.7%，電爐鋅粉為自制，粒度-0.175 mm，鋅含量90%。模擬硫酸鋅溶液成分見表1，實(shí)際生產(chǎn)過程硫酸鋅溶液成分見表2。

表1 模擬硫酸鋅溶液成分 g／L

表2 實(shí)際生產(chǎn)中硫酸鋅溶液成分 g／L

1.2 試驗(yàn)程序

1.2.1 除銅鎘試驗(yàn)程序

將模擬硫酸鋅溶液或生產(chǎn)過程中取出的硫酸鋅溶液加熱至55～70℃，根據(jù)溶液中銅鎘的含量，加適量鋅粉或金屬錳粉，反應(yīng)一定時間后進(jìn)行固液分離，分析溶液中的鎘、銅等元素含量，模擬溶液是參考焙砂浸出的工業(yè)生產(chǎn)條件對焙砂進(jìn)行浸出、固液分離后獲得的溶液。

1.2.2 氫氣產(chǎn)生量試驗(yàn)程序

將一定量的錳粉或鋅粉投加至硫酸鋅溶液中，在反應(yīng)過程中采用氫氣檢測儀檢測氣體中的氫氣濃度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 模擬溶液除銅鎘

取一定體積的模擬溶液，加熱至設(shè)定溫度，向溶液中投入錳粉或鋅粉，進(jìn)行攪拌，使金屬粉與溶液充分反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后檢測溶液中鎘含量，試驗(yàn)結(jié)果見表3，對除鎘后溶液分析溶液中其它離子濃度，分析結(jié)果見表4。

表3 兩種金屬粉的除鎘效果

表4 除鎘后溶液成分 g／L

由表3可知，當(dāng)金屬錳粉用量為Cu、Cd總量的1.7倍時，（鋅粉用量為Cu、Cd總量的2.0倍，即錳粉用量是鋅粉用量的85%左右），反應(yīng)溫度控制在55～65℃，反應(yīng)時間在40 min左右，即可有效除去中上清中的Cu、Cd雜質(zhì)元素，凈化后溶液Cd離子濃度小于0.001 g／L，使用錳粉除鎘，既可降低物料使用量，同時又縮短了反應(yīng)時間，并且可以在較低的溶液溫度下滿足除鎘要求，與鋅粉除鎘相比，具有明顯的優(yōu)勢。由表4可知，用金屬錳粉進(jìn)行一段除銅鎘凈化，既可高效除銅鎘，又可達(dá)到砷、銻、鍺的深度凈化，且后液含錳離子提升明顯，錳利用率高。

2.2 工業(yè)生產(chǎn)中硫酸鋅溶液凈化試驗(yàn)。

生產(chǎn)中上清加熱至55～70℃，根據(jù)中上清含銅鎘金屬量，加適量鋅粉或金屬錳粉，反應(yīng)一定時間濾樣分析鎘、銅合格后，再分析其它元素。分析結(jié)果分別見表5和表6。

表5 硫酸鋅溶液除鎘結(jié)果

表6 硫酸鋅溶液除銅鎘后溶液成分 g／L

工業(yè)生產(chǎn)過程的硫酸鋅溶液的除銅鎘結(jié)果及其它離子的含量分析結(jié)果與模擬溶液中的組分含量相比較，各離子的濃度變化趨勢相似，說明錳粉可以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溶液的除銅鎘要求。

2.3 除銅鎘過程中氫氣的逸出量

對兩種金屬粉除銅鎘過程中氫氣的逸出量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表7。

表7 反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣濃度統(tǒng)計(jì)表

由表7可得，試驗(yàn)使用金屬錳粉產(chǎn)生的氫氣濃度均低于使用鋅粉時所產(chǎn)生的氫氣濃度，考慮到極端情況下，在瞬間加入鋅粉和錳粉，在使用錳粉時產(chǎn)生的氫氣濃度仍然低于使用鋅粉時產(chǎn)生的氫氣濃度。用錳粉除銅鎘過程中產(chǎn)生的氫氣濃度遠(yuǎn)低于氫氣在空氣中的爆炸極限（體積濃度4.0%～75.6%），即作業(yè)過程發(fā)生氫氣閃爆事故的幾率很小。

2.4 經(jīng)濟(jì)效果比較

2.4.1 鋅粉節(jié)約創(chuàng)效

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際計(jì)算，金屬錳粉代替鋅粉一段凈化，節(jié)約鋅粉綜合創(chuàng)效61.70～86.47元／t-鋅。按照全年計(jì)劃自產(chǎn)鋅錠21萬t計(jì)算，全年節(jié)約鋅粉創(chuàng)效1 295.70～1 815.87萬元。

2.4.2 渣量減少創(chuàng)效

若一段凈化全部使用金屬錳粉，凈化一段銅鎘渣渣量減少約20%，因其不含金屬鋅，故可去掉銅鎘渣的混合酸洗工序，混合酸洗工序僅完成二段鎳鈷渣的酸洗作業(yè)，作業(yè)量及工序大幅縮減，進(jìn)一步降低混合酸洗生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本。用錳粉除銅鎘，產(chǎn)出的銅鎘渣中銅鎘品位大幅提高，進(jìn)一步降低鎘回收作業(yè)量及生產(chǎn)成本，提高鎘綿質(zhì)量。

2.4.3 陽極板節(jié)約創(chuàng)效

因用含量高的金屬錳粉凈化作業(yè)，錳離子補(bǔ)充直接，且易控制在合理的濃度，有利于陽極板的保護(hù)和析出鋅質(zhì)量的保證。陽極板使用壽命進(jìn)一步延長。

3 結(jié) 論

1.金屬錳粉代替鋅粉，在凈化工序一段凈化過程中除銅鎘，工藝可行。為系統(tǒng)高效補(bǔ)充二價錳離子的工藝可行。反應(yīng)速率和除隔、砷、銻、鍺效果均明顯優(yōu)于電爐鋅粉，達(dá)到新液的深度凈化。

2.金屬錳粉凈化過程氫氣濃度低于鋅粉凈化過程氫氣濃度，且均遠(yuǎn)低于氫氣在空氣中的爆炸極限（體積濃度4.0%～75.6%），即作業(yè)過程發(fā)生氫氣閃爆事故的幾率很小，作業(yè)過程安全。

3.經(jīng)濟(jì)效益顯著，噸鋅生產(chǎn)成本降低104.75～129.52元。