湿法炼锌废电解液除氯工艺研究与应用

湿法炼锌废电解液除氯工艺研究与应用

卢新涛 朱志刚

河南豫光锌业有限公司 河南省济源市 459000

摘要：炼锌厂冶炼得到的锌产品中含有大量的硫、铁、钴等元素，为得到质量更高的锌产品需要对冶炼工艺进行不断的改进和完善，才能使生产出来的锌产品满足生产的需要。一般会加入氧化锌配料，同时还需要考虑氯元素浓度高的问题，避免因为氯元素对电解极板产生损害，如果废电解液中的含铅量过高的话会导致锌质量下降，而且还会腐蚀系统中的设备，影响生产环境。为此，发明了针对湿法炼锌废电解液的脱除氯元素的工艺方法，其中氯化亚铜沉淀法是常见的除氯手段，本文将结合试验来介绍相关除氯工艺，研究介绍除氯工艺合适的时间、温度等条件，并对铜渣除氯工艺还存在的问题进行简要分析，然后提出相应的改进建议。

关键词：湿法炼锌；废电解液；除氯工艺

1 试验方法

针对湿法炼锌废电解液的脱除氯元素的工艺方法常见的有沉淀法与离子交换法，在工业生产中则常使用氯化亚铜沉淀法，该方法的本质是采用湿法炼锌工艺中产生的铜渣直接对废电解液中的氯元素进行脱除，具有脱除效果好、成本较低、工艺稳定性强的优点。但是该方法在应用时由于加入铜渣会同时带入一定量杂质，所以还需要考虑各种可能会影响除氯效果的因素，避免这些因素对除氯工艺产生负面影响。

2 试验原料

本试验采用的是冶炼厂在冶炼锌矿过程中产生的铜渣和废电解液为原料，对铜渣的成分和物化性能进行分析可知，铜离子含量为68，硫化铜含量为0.68，氧化铜含量为44，金属铜含量为23。铜渣中的铜离子与金属铜的占比较高，在废电解液中加入铜渣会使铜离子一起进入到溶液中，使金属铜为脱除氯元素提供条件。

3 试验的原理和方法

本试验的应用原理是，在废电解液中加入铜渣，使铜渣中的金属铜和铜离子可以和废电解液中的氯离子发生反应而产生难溶解的氯化亚铜，从而达到脱除氯元素的目的。具体方法是，准备一个烧杯，在其中加入需要除氯的废电解液并控制好此时的温度，然后根据除氯的标准与要求加入一定比例的铜渣，通过搅拌等待一段时间反应以后会发现在烧杯底部形成了沉淀物，将这些沉淀物过滤去除，然后再次分析溶液中的氯含量。

4 试验结果分析/影响除氯效果的因素

4.1 反应时间对除氯效果的影响

取试验用的废电解液4L，控制反应温度为70℃，加入26g的铜渣，分析不同反应时间条件下除氯的效果，对最后溶液中的氯残留量进行分析。由试验结果可知，在反应时间为10min左右的时候，溶液中的氯含量快速下降到最低，而在10min以后氯离子的浓度将会随着时间的增加而慢慢有一定的回升。这表明并不是反应时间越长除氯效果越好，时间过长也会导致氯化亚铜沉淀出现反溶现象，所以应该合理控制氯和亚铜离子的反应时间，使两者快速结合形成沉淀以后就应该及时将沉淀物去除，才能达到良好的除氯效果。

4.2 反应温度对除氯效果的影响

本试验可仍旧取用废电解液容量为4L，然后将其放入烧杯中，加入26g铜渣在常温条件下进行反应，观察试验现象。再取用废电解液4L，加入相同量的铜渣，使其在25℃、50℃和75℃的条件下反应。几个对比试验同时进行同时结束，均反应10min以后观察几个烧杯中的现象并对烧杯中的溶液进行分析，发现除氯以后溶液中的残留氯浓度最高的是在75℃的条件下，这说明反应温度的增加并不能起到提高除氯效果的作用，分析原因可能和升温以后出现氯化亚铜沉淀的反溶现象有关。最后根据分析的结果可以初步断定，在常温条件下进行除氯，除氯效果更好，且适合用于工业生产中。

4.3 铜渣添加量对除氯效果的影响

取废电解液4L放入烧杯中，在常温条件下反应10min，在这个时间段内以此加入不同量的铜渣，观察分析铜渣的加入量增加以后是否会影响除氯的效果。根据试验反应结果可知，铜渣加入量的增加使得除氯效果提升，烧杯底部的沉淀物增加，在加入量为6g/L以后除氯后的溶液中含氯量最少，但是在之后除氯后的溶液中含氯量有所增加，因此可以初步判断铜渣的添加量浓度控制在6g/L为最佳。

5 工业应用实践

本试验的目的是为了研究如何有效去除湿法炼锌工艺中废电解液中的氯离子，提高锌产品的品质，符合生产工艺的要求。通过本试验可发现，采用湿法炼锌中产生的铜渣作为原材料，将其加入到废电解液中用来去除氯元素，最适宜的工艺条件如下：

首先反应时间不宜过长，控制在10分钟左右。其次，反应温度不能太低也不能过高，尤其温度过高会导致氯化亚铜出现反溶现象，为此除氯工艺应在常温条件下应用。此外铜渣的加入量并不是越多越好，根据本试验可知，铜渣的加入浓度在6g/L的情况下可获得最好的除氯效果。

在本试验的基础上按照相应流程开展了工业生产的改造与实践。从而确定了利用铜渣来去除废电解液氯离子的工序工艺，并制定了一套工业化的工艺流程用于工业生产实践。对于工业生产而言，可设置相应的反应系统，控制反应的温度和时间，使电解液中的含氯量大大下降控制在合理范围内。利用自产铜渣进行废电解液的除氯工作，不仅获得了良好的除氯效果，而且还提高了资源的利用率，使用过的铜渣还能进行循环利用，为企业带来了良好的经济效益。

6 存在的问题和改进/对于除氯铜渣的处理

铜渣除氯法在工业生产中得到了广泛的应用，通过生产氯化亚铜沉淀物得到除氯的目的。但是除氯铜渣中有关氯的脱除、氯的排放以及铜渣的循环使用还是存在一些问题。

为获得更好的工艺效果，现阶段已经研究出了一种复合型的脱氯剂浸出脱氯-浸出液蒸发浓缩制备氧化钙或硫酸置换盐酸-盐酸蒸馏提纯增浓工艺，将其应用在湿法炼锌厂除氯工艺中可以使铜渣中的氯得到有效分离产生新的铜渣，这部分铜渣可重新应用到除氯工艺中，提高了资源的利用率，降低除氯成本，同时还起到了一定的环保作用。该工艺方法利用复合脱氯剂浸出脱氯，通过对pH的调节，反应时间和温度的控制，提高氯离子浸出率。经过试验证明，不同浓度的氯化钙溶液置换得到的混酸浓度不同，控制氯化钙溶液中氯的浓度使其满足蒸馏提纯的要求，然后加入硫酸萃取蒸馏，可得到满足除氯工艺的盐酸产品。该盐酸的作用是对除氯铜渣进行酸洗浸出，然后对浸出的脱氯液再次采用蒸发浓缩、结晶、干燥工艺制备氯化钙等一系列工艺操作，使除氯铜渣的纯度满足工业生产的标准。

7 结语

综上所述，根据本试验结果可知，利用冶炼厂自产的铜渣对废电解液进行除氯的工艺方案是可行的，具有除氯效果良好、操作简便、容易控制的优点，而且也避免了将铜渣中的杂质带入到电解液中的问题。但是在对除氯铜渣处理情况及其成分研究之后发现，除氯铜渣中的氯的脱除以及循环使用还存在一些问题。经过大量的试验证明提出了利用复合脱氯剂浸出脱氯的方法，采用湿法方式使除氯铜渣中的氯元素和其他元素分离开来并进行回收利用。对于生产企业而言，采用自产铜渣进行电解液的除氯，可以有效降低溶液中的氯离子含量，为企业带来良好的经济和社会效益。同时为提高资源的利用率，可采用复合脱氯剂浸出脱氯的工艺对氯化亚铜浸出脱氯、除氯铜渣酸洗浸出脱氯、盐酸置换和蒸馏提纯等方法得到新的可以循环利用的铜渣以及氯化钙、盐酸等产品，有利于进一步提高资源的回收利用率。

参考文献：

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[2]张积锴. 湿法炼锌除氯铜渣处理工艺研究[D]. 昆明理工大学，2015.

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