王志军

（新疆和田广汇锌业有限公司，新疆 和田 848000）

锌电解液净化铜渣除氯工艺研究

王志军

（新疆和田广汇锌业有限公司，新疆 和田 848000）

本文采用铜渣法脱除锌电解液中的氯，并考察了反应温度、溶液酸度、铜渣用量、初始铜离子浓度和反应时间对除氯效果的影响，以优化除氯工艺参数。试验结果表明，在初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度1.5 g/L，反应时间1 h的优化条件下，溶液中氯离子脱除效果好，氯离子脱除率可达88%，溶液中氯离子含量降至74 mg/L，满足电解要求。

锌电解液；净化；铜渣；除氯

在湿法炼锌系统中，氯离子含量过高会造成阳极板腐蚀，并导致腐蚀产物在阴极板上沉积，影响锌的析出成品率，阴极板消耗增加，阴极锌片剥离困难，特别是大极板电解的应用，对氯的含量提出了更加苛刻的要求[1]。硫酸锌溶液中氯的脱除方法主要有化学沉淀法、离子交换法、电化学法和氧化法[2-3]。化学沉淀法包括氯化亚铜沉淀法、氯氧化铋沉淀法和氯化银沉淀法，氯化银法虽除氯效果好，但应用成本高；氯化亚铜沉淀法除氯效率高，工艺稳定性好，并且能够利用自产铜渣，应用较为广泛[4-6]。

本文采用锌浸出液净化系统自产铜渣除氯，考察反应温度、溶液酸度、铜渣用量、初始铜离子浓度和反应时间对除氯效果的影响，以期优化除氯工艺参数。

1 试验原料与方法

1.1 试验原料

试验原料为某锌冶炼厂的中性浸出液和废电解液。

中性浸出液：Zn 162 g/L，Cu 186 mg/L，Cl 622 mg/L，H2SO40.5 g/L；

废电解液：Zn 50 g/L，Cu＜1 mg/L，Cl 654 mg/L，H2SO4160 g/L；

试验用铜渣的主要成分：铜的含量约31%，Zn和Cd的含量在1%～3%。

1.2 试验原理

氯化亚铜法除氯的原理是利用铜的归中反应脱氯，形成氯化亚铜沉淀。铜渣除氯的化学反应如下：

铜渣中的单质铜与溶液中的二价铜，分别发生氧化与还原反应，与负一价的氯离子结合生成氯化亚铜沉淀，从而达到除氯的目的。在这个反应中，反应温度、时间、酸度、铜渣用量等参数是影响反应的关键因素。

1.3 试验方法

中性浸出液酸度低，pH值5.0～5.5，用废电解液调整其酸度，根据除氯试验所需溶液酸度，配置中性浸出液与废电解液的混合溶液，取500 mL混合液置于烧杯中，恒温水浴锅控温，待溶液达到反应温度后加入铜渣，搅拌脱氯。

2 试验结果与分析

2.1 反应温度的影响

试验条件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应时间3 h，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度2.5 g/L。反应温度条件试验结果如图1所示。

图1 反应温度对氯脱除率的影响

由图1可知，在室温及80℃条件下，铜渣除氯的效率处于相对较低的水平，不到65%；在60℃，铜渣除氯效果好。低温条件下，反应速率低影响除氟效率，而在高温条件下，过高的温度可以引起氯化亚铜的分解，造成氯化亚铜沉淀反溶，不利于除氯。

2.2 溶液酸度的影响

试验条件：反应温度60℃，反应时间3 h，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度2.5 g/L。酸度条件试验结果如图2所示。

图2 溶液酸度对氯脱除率的影响

由图2可知，当硫酸含量为10 g/L时，除氯效果好；溶液酸度过高或者过低都不利于除氯反应的进行，在不添加废电解液时，中性浸出液硫酸含量为0.5 g/L，氯脱除率仅为4.0%；当溶液硫酸浓度为160 g/L即全部为废电解液时，氯脱除率也非常低。选择在溶液初始酸度为10 g/L的条件下除氯。

2.3 铜渣用量的影响

试验条件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，反应时间3 h，溶液初始铜离子浓度2.5 g/L。铜渣用量条件试验结果如图3所示。

图3 铜渣用量对氯脱除率的影响

由图3可知，增加铜渣用量除氯效果更好，当铜渣用量为理论量的3倍时，氯脱除率达到90.2%，继续加大铜渣用量，氯脱除率增大，但是增幅较小。因此，选择铜渣3倍理论用量进行后续条件试验。

2.4 铜离子浓度的影响

二价铜和铜渣都是参与歧化反应的重要元素，铜离子总浓度是影响氯脱除率的主要因素，在其他条件相同的情况下，铜离子总浓度越大，除氯效果越好[7]。虽然在有硫酸存在的情况下，部分铜渣会被空气氧化成二价铜，但是若二价铜含量过低，空气氧化又进行得很慢，将对除氯反应造成较大的影响。

试验条件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，反应时间3 h，铜渣3倍理论用量。铜离子浓度条件试验结果如图4所示。

图4 铜离子浓度对氯脱除率的影响

由图4可知，随着溶液中初始Cu2+浓度的增加，氯脱除率升高，当初始Cu2+浓度＞1.5 g/L时，脱氯率大于88%。考虑到过高的铜离子浓度将增加后续除铜工序的负担，选择初始Cu2+浓度1.5 g/L。

2.5 反应时间的影响

试验条件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度1.5 g/L。反应时间条件试验的结果如图5所示。

图5 反应时间对氯脱除率的影响

由图5可知，在反应前20 min，氯离子浓度下降较快，除氯效率达到了53.5%，之后氯离子浓度下降速度变慢，1 h之后逐渐稳定。反应进行3 h之后，除氯效率达到89%，但是考虑到时间和能量消耗因素，建议1 h比较合适。

综合上述单因素条件试验，人们可以得到除氯优化条件：初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度1.5 g/L，反应时间1 h。在此条件下进行三组平行试验，结果如表1所示。脱氯后溶液中氯离子含量下降到74 mg/L，氯脱除率在88%左右。

表1 优化条件下除氯试验结果

3 结论

笔者采用铜渣法脱除锌电解液中的氯元素，并分析了影响脱氯效果的一系列因素。在初始溶液硫酸酸度10 g/L，反应温度60℃，铜渣3倍理论用量，溶液初始铜离子浓度1.5 g/L，反应时间1 h的条件下，溶液中氯离子脱除效果好，除氯率可达88%，溶液中氯离子含量降至74 mg/L，可以满足电解的要求。

1 王文录.湿法炼锌中氯的危害及控制[J].湖南有色金属，2007，23（1）：22-24.

2 胡一航，王海北，王玉芳.锌冶炼中氟氯的脱除方法[J].矿冶，2016，（1）：36-40.

3 王晓丹，饶金元，牛旭斐，等.离子交换法从锌电解液中除氯的实验研究[J].云南冶金，2010，（4）：33-36.

4 文 剑.金狮冶金化工厂电锌系统除氯方案选择研究[J].湖南有色金属，2008，（6）：34-36.

5 杨建军.湿法炼锌体系铜渣脱氯试验及产业化研究[J].云南冶金，2010，39（6）：21-24.

6 张昱琛，段宏志.铜渣除氯试验与研究[J].甘肃冶金，2010，（3）：75-76.

7 李 春，李自强.氯化亚铜沉淀脱氯反应平衡的研究[J].湿法冶金，2001，（3）：152-155.

Study on Purification of Zinc Electrolyte With Dechlorination by Copper Slag

Wang Zhijun
(Xinjiang Hetian Guanghui Zinc Co., Ltd., Hetian 848000, China)

In this paper, copper chloride was used to remove chlorine from zinc electrolytes. The effects of reaction temperature, acidity of solution, amount of copper slag, initial copper ion concentration and reaction time on chlorine removal were investigated to optimize the process parameters. The experimental results show that the concentration of sulfuric acid in the initial solution is 10 g/L, the reaction temperature is 60℃, the theoretical amount of copper slag is 3 times, the initial copper ion concentration is 1.5 g/L and the reaction time is 1 h. In addition to the effect, chloride ion removal rate of up to 88%, solution chloride content decreased to 74 mg/L, to meet the electrolysis requirements.

zinc electrolyte; purification; copper slag; dechlorination

TF351

A

1008-9500(2017)09-0040-03

2017-07-02

王志军（1973-），男，广西来宾人，工程师，从事锌冶炼工作。