新型除钴剂AnBm从湿法炼锌硫酸溶液中去钴

    湿法冶锌工艺中，钴是危害锌电积的最主要的杂质之一。电积过程中，氢在钴上的过电位较小，钴的存在会促使氢放电，并使阴极电位正移，过电位减小。随着电积的进行，沉积物会变得越来越疏松多孔，阴极锌返溶，电流效率降低，锌的电能消耗增加，剥锌困难，锌产量降低。所以，锌电积前一定要将钴除到较低浓度。目前，湿法炼锌中主要的除钴方法有活性锌粉法、黄药除钴法、溶剂萃取法、β－萘酚法等。本试验借鉴处理重金属废水的方法，在大量试验基础上，利用一种新型廉价的除钴剂AnBm，使除钴过程容易操作，而且不会给流程引入新的有害杂质，无废气排出，除钴效果良好。

    一、试验部分

    （一）试验原料

    试验溶液取自云南某锌冶炼厂净液分厂，为除铜、镉后液，成分如表1；Fe^3＋标准溶液：1 g/L，由分析纯硫酸高铁配制；Co^2＋标准溶液：5 g/L，由分析纯硫酸钴配制；浓硫酸：分析纯，17.93mol/L；除钴剂AnBm，99％。

表1  硫酸锌溶液的主要成分  mg/L

    （二）试验方法

    试验在采用单因素试验法。将100mL工作液倒入250mL高型烧杯中，水浴加热，机械搅拌。除钴液过滤，测定滤液中钴、铁、锌质量浓度，计算各元素脱除率。

    试验设备：HH－2型数显恒温水浴锅，控温精度±1℃；JJ－1型电动搅拌器；精密pH试纸和雷磁pHsj－3F实验室pH计SHB－III A型循环水式多用真空泵。

    溶液中Co^2＋的测定采用亚硝基－R盐分光光度法(722型分光光度计）；Zn，Fe的测定采用火焰原子吸收光谱标准曲线法（岛津AA6300原子吸收分光光度仪）。

    二、试验原理

    除钴剂AnBm中含有黄原酸基团，能与溶液中的钴离子生成沉淀，而黄原酸的三价钴盐的溶度积是二价钴盐的10万分之一，所以要使钴除到较低浓度，应加入氧化剂将二价钴氧化成三价钴。试验采用先加氧化剂再加除钴剂的方法去除溶液中的钴。

    三、结果及讨论

    采用单因素试验法考察氧化剂加入量、反应时间、反应温度、除钴剂AnBm加入量、除钴终点pH对钴脱除率的影响。

    （一）氧化剂加入量对钴脱除率的影响

    氧化剂为由分析纯硫酸铁配制的溶液。分别取不同体积的1g/LFe^3＋标准溶液，用除镉、铜后的硫酸锌溶液定容到100mL，其他条件：除钴剂0.32g，温度75±1℃，反应时间1h，溶液pH4.45。试验结果如图1所示。

图1氧化剂Fe^3＋质量浓度对钻、铁脱除率的影响

    从图1看出：随Fe^3＋加入量的增加，钴脱除率快速增大；当Fe^3＋加入量达到42mg/L时，也就是Fe^3＋加入量为Co^2＋完全氧化成Co^3＋所需理论量的1.7倍时，钴脱除率达97.5％，脱钴后液钴质量浓度降到0.7mg/L以下；同时，作为氧化剂的铁也被沉淀，沉淀率近100％，溶液中没有新杂质引入。

    （二）除钴剂加入量对钴脱除率的影响

    固定其他试验条件：加Fe^3＋质量浓度至42mg/L，温度75±1℃，时间1h，溶液pH4.35，定容体积100mL，除钴剂加入量对钴脱除率的影响试验结果如图2所示。

图2  除钴剂加入量对钴脱除率的影响

    从图2看出，随脱钴剂加入量的增加，钴脱除率升高；除钴剂质量浓度为2.4 g/L时，钴脱除率达97％以上，脱钴后液钴质量浓度降至0.7mg/L以下，完全达到电积锌的要求。

    （三）反应温度对钴脱除率的影响

    脱钴剂加入量0.24g, Fe^3＋加入至质量浓度42mg/L，反应时间1h，溶液pH 4.47，定容体积100mL，在不同水浴温度下考察温度对钻脱除率的影响。试验结果如图3所示。

图3  温度对钴脱除率的影响

    从图3看出，随温度升高，钴脱除率快速升高；当温度达80℃时，钴脱除率达97％以上，沉钴后液钴质量浓度低至0.8mg/L；再升高温度，钴脱除率变化不明显，未出现钴反溶现象。

    （四）反应时间对钴脱除率的影响

    脱钴剂加入质量0.24g，Fe^3＋加入量至质量浓度42mg/L，溶液pH4.37，定容体积100 mL，

温度75±1℃，反应时间对钴脱除率的影响试验结果如图4所示。

图4  反应时间对钴脱除率的影响

    从图4看出，反应时间对钴脱除率影响很大：反应前30min随反应进行，钴沉降率快速提高；反应30min后，钴沉淀率提高缓慢；反应60 min时，溶液中钴质量浓度已降至0.64 mg/L，钴脱除率达97.4％，反应基本完全。

    （五）溶液pH对钴脱除率的影响

    脱钴剂加入质量0.24g，Fe^3＋质量浓度至42mg/L，定容体积100 mL，温度75±1℃，反应时间1h。考察不同酸度对钴脱除率的影响，试验结果如图5所示。

图5   溶液pH对钴脱除率的影响

    从图5看出：溶液酸度较高时钴脱除效率很低：pH在4.1～5之间时除钴效果最好。pH太高会降低钴沉淀效果，因为在高pH条件下，Fe^3＋和Zn^2＋易水解，直接降低除钴剂的效果。湿法炼锌厂硫酸锌中性浸出液的pH为4.5～5.2，基本在试验最佳范围内。

    四、结论

    （一）除钴剂AnBm成本低廉，为市售普通商品，原料易得。

    （二）操作条件容易控制，除钴效率高于锌粉法。最佳条件下（氧化剂加入量42mg/L，脱钴剂加入量2.4g/L，反应时间50～60min；温度70～80℃，pH 4.1～5.0之间），钴脱除效率达97％以上，溶液中钴质量浓度降至0.7mg/L以下，完全达到电积锌的要求。

    （三）生产设备简单，可以利用现有设备进行生产。