氧化鋅煙塵濕法提取過程中金屬錳粉除鎘的研究

劉洪嶂， 張建學， 彭文彩， 趙 勇

(云南錫業(yè)集團(控股)有限公司， 云南 個舊 661000)

在濕法煉鋅系統(tǒng)中，凈化段除銅、鎘等雜質(zhì)時，往往采用電極電位較低的單質(zhì)鋅來進行置換除雜，這樣即能保證較好的除雜效果，同時又不另外引入雜質(zhì)，所以采用鋅粉置換除雜是一種較常規(guī)的置換除雜方式[1-3]。本系統(tǒng)中因為物料特性，來自煉鉛富氧頂吹爐產(chǎn)出的氧化鋅煙塵，基本不含鐵、硫等還原性雜質(zhì)，所以在補充系統(tǒng)的錳時，直接補充錳礦粉不能實現(xiàn)對錳的浸出，在實際生產(chǎn)中，往往采取加入硫鐵礦、硫酸亞鐵等還原性物質(zhì)，同時加入錳礦粉，以實現(xiàn)對錳的浸出，但在加入這些還原劑的時候，均存在反應速度慢、反應不完全等特點，而且加入這些還原劑后，直接影響澄清過濾效果。后期為了提高生產(chǎn)效率，采用補充一水硫酸錳的方式來補充系統(tǒng)中的錳，但一水硫酸錳中含錳僅為33%，所以在補充錳時，需要補充大量硫酸錳來滿足生產(chǎn)要求。錳作為濕法煉鋅系統(tǒng)中較為重要的元素，在鋅電解時，反應生成致密的二氧化錳附著在陽極板上，保護陽極板，保證析出鋅的質(zhì)量。同時，附有二氧化錳的鉛銀陽極板在電解過程中可降低析出氧的超電壓，降低電耗。后期考慮采用金屬錳粉代替鋅粉除銅、鎘等，即可起到除雜的效果，又能起到補充錳的作用。

1 試驗原理

目前濕法煉鋅系統(tǒng)中均采用鋅粉置換法除銅、鎘，Zn/Zn2+、Cu/Cu2+、Cd/Cd2+的標準電極電位分別為-0.763 V、0.337 V、-0.463 V，用電極電位較低的鋅來置換銅、鎘，能將溶液中銅、鎘置換至濕法鋅電解要求的范圍之內(nèi)[4]。

本研究是依據(jù)電極電位低的金屬能置換電極電位高的金屬的原理，采用金屬錳粉來代替鋅粉置換除銅、鎘，Mn/Mn2+的電極電位為-1.185 V，比鋅的電極電位低，更容易置換銅、鎘。而在濕法煉鋅系統(tǒng)中，錳又是必不可缺少的元素，結(jié)合以上兩點，對金屬錳粉置換除銅、鎘進行了研究。

另外，在用鋅粉置換除銅、鎘的生產(chǎn)過程中，因為鋅粉粒度過細，加入硫酸鋅溶液中時，容易與被置換出來的單質(zhì)銅、鎘包裹并結(jié)團成小顆粒物，結(jié)團的鋅粉不僅降低了鋅粉的使用率，同時容易沉積在槽體，堵塞管道和泵[5-9]。本研究針對以上生產(chǎn)系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，提出了加入廢電解液(或濃硫酸)來調(diào)節(jié)鋅粉(或錳粉)置換過程中的pH，以此來活化鋅粉(或錳粉)，提高鋅粉(或錳粉)的利用率，同時避免鋅粉(或錳粉)在置換過程中結(jié)團的現(xiàn)象，降低鋅粉(或錳粉)的使用量，降低生產(chǎn)成本。

2 試驗過程

取生產(chǎn)系統(tǒng)中的除鎘前液(即除鐵后液)，其主要成分見表1。

表1 除鎘前液主要成分 mg/L

由表1可知，溶液中基本不含銅，所以只考慮除鎘過程?？紤]到鎘的反溶，反應時控制溫度為60～65 ℃，反應時間為30 min，分別進行了鋅粉用量、錳粉用量、pH調(diào)節(jié)等方面的試驗。

2.1 pH為5.0時鋅粉用量和錳粉用量對除鎘的影響

除鎘前液的pH為5.0左右，按照除鎘前液中鎘含量的不同倍數(shù)加入鋅粉和錳粉，除鎘后溶液的成分見表2。

表2 pH為5.0時不同鋅粉和錳粉用量除鎘后液的主要成分

從表1可以看出，當溶液的pH為5.0時，在用鋅粉置換除鎘時，即便已經(jīng)按照鎘含量的1.5倍加入鋅粉(大于鋅粉的理論耗量)，也不能將鎘除至合格要求。當溶液的pH為5.0時，在用金屬錳粉置換除鎘時，按照[Cd] 量的1.5倍加入金屬錳粉，就能將鎘除至本系統(tǒng)電解鋅要求的范圍之內(nèi)(本系統(tǒng)電解前要求鎘的含量為<2 mg/L)，加入相同量的鋅粉和金屬錳粉，金屬錳粉置換除鎘的效果遠遠好于鋅粉置換除鎘。

試驗以及生產(chǎn)中，在溶液的pH為5.0時，用鋅粉(或錳粉)置換除鎘，均出現(xiàn)了小顆粒，即鋅粉(或錳粉)被包裹的現(xiàn)象，這也是除鎘效果不佳的原因。

加入金屬錳粉后，對硫酸鋅溶液中的鋅基本沒有損失(按照理論，金屬錳粉可置換Zn2+)；因為加入金屬錳粉對鎘進行置換，生成Mn2+，所以用金屬錳粉來除鎘時，大部分錳進入系統(tǒng)，起到了補充錳的作用。

2.2 pH為4.0時鋅粉量和錳粉量對除鎘的影響

除鎘前液的pH為4.0左右，按照除鎘前液中鎘含量的不同倍數(shù)加入鋅粉和錳粉，除鎘后的溶液的成分見表3。

表3 pH為4.0時不同鋅粉和錳粉用量除鎘后液的主要成分

將表3與表2對比可以看出，硫酸鋅溶液的pH調(diào)至4.0后，加入鋅粉和加入錳粉，除鎘效果明顯優(yōu)于pH為5.0時的情況。

在pH為4.0時，按照[Cd] 量的1.5倍加入鋅粉，依然未能一段就將鎘除至合格要求范圍之內(nèi)，后期經(jīng)過試驗，當按照[Cd]的1.8倍加入鋅粉，方能將鎘除至合格要求范圍內(nèi)。按照[Cd]的1.3倍加入金屬錳粉，即可一段將鎘除至要求范圍之內(nèi)。

在pH為4.0時，加入鋅粉和錳粉均不存在顆?，F(xiàn)象，這是因為在略偏酸性的條件下，鋅粉和錳粉顆粒表面的活性增強了，也是在低酸條件下鋅粉和錳粉對鎘的置換效果更佳的原因，同時錳以Mn2+進入溶液的量也隨著增加。

2.3 pH為3.0時鋅粉量和錳粉量對除鎘的影響

除鎘前液的pH為3.0左右，按照除鎘前液中鎘含量的不同倍數(shù)加入鋅粉和錳粉，除鎘后的溶液的成分如表4。

表4 pH為3.0時不同鋅粉和錳粉用量除鎘后液的主要成分

從表4可以看出，在pH為3.0的條件下，在加入鋅粉和錳粉時，除鎘效果均不佳，可能是因為pH過低，溶液中[H+]濃度高，導致部分鋅粉和錳粉與H+發(fā)生置換反應，降低了鋅粉和錳粉的使用率。

當pH過低時，可能被置換的單質(zhì)鎘又跟溶液中的H+發(fā)生反應，導致鎘的反溶，影響了除鎘的效果。

3 成本對比

將最佳條件應用在生產(chǎn)系統(tǒng)中，加入鋅粉時，搭配加入硫酸錳，而加入錳粉時，不需要加入硫酸錳。現(xiàn)將生產(chǎn)消耗情況匯總?cè)绫?。

表5 鋅粉和錳粉成本對比

從表5可以看出，實際生產(chǎn)采用金屬錳粉時，加入試劑的成本為500元/t鋅，采用鋅粉和硫酸錳時，加入試劑的成本為1 429元/t鋅，從試劑上節(jié)約成本為929元/t鋅，因此節(jié)約了生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)中可根據(jù)實際生產(chǎn)情況，當溶液中錳含量過高時，可將金屬錳粉換成金屬鋅粉來進行置換反應。

4 鎘渣的簡化處理

在生產(chǎn)實際中，原來生產(chǎn)出來的鎘渣處理過程如下：加入廢電解液和氧化劑(高錳酸鉀)先進行氧化浸出，鎘渣中的鎘溶解進入溶液，之后高鎘溶液用鋅片進行置換，生成海綿鎘，海綿鎘經(jīng)離心機甩干后，再經(jīng)壓團機壓團，制成鎘餅，鎘餅可直接外售。

在用鋅粉(或錳粉)進行置換的過程中，發(fā)現(xiàn)當鋅粉(或錳粉)的加入量合適時，產(chǎn)出的鎘渣可直接進行壓團處理，省去了鎘渣再次浸出、置換過程，即在生產(chǎn)實際中，置換出來的鎘渣先進行水洗(pH為3.0左右)，后經(jīng)壓濾機壓濾的渣可直接送去壓團機壓團。如此省去了一部分生產(chǎn)程序，既降低了勞動強度，又降低了試劑消耗，縮短了作業(yè)時間。

5 總結(jié)

1)采用金屬錳粉來代替鋅粉和硫酸錳除鎘，同時補充系統(tǒng)對錳的需求量，在實際生產(chǎn)中是可行的。

2)采用金屬錳粉來代替鋅粉和硫酸錳除鎘，噸鋅成本可降低929元，降低了氧化鋅煙塵濕法煉鋅的成本。

3)在實際生產(chǎn)中，根據(jù)溶液中錳的含量對采用金屬錳粉還是鋅粉除鎘可進行調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)需求。