高浓度锌溶液分析检测优化_张鑫.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 179No.1 2023总第179期2023年第1期引文格式引文格式：张鑫,周圣兵,陈飞.高浓度锌溶液分析检测优化J.铜业工程,2023(1):163-166.高浓度锌溶液分析检测优化张鑫，周圣兵，陈飞（江西铜业铅锌金属有限公司，江西 九江 332500）摘要：湿法炼锌工业生产中，含锌溶液盐度高、酸度低，各元素的化验分析结果受温度影响较大。其中Fe，Co，Cd，As，Sb，Zn几个元素含量相对较高，工艺除杂的难度较大，对生产的影响显著。针对这些元素进行化验分析时，其结果均随温度的变化而大幅波动。由此，研究其波动规律并确定化验分析的最优温度条件意义重大。研究波动规律时，先趁热取大样，再用小瓶分装，然后在1280 范围内，按510 为一个阶梯，在不同的温度下分别用容量法、双道原子荧光光谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法测定各分析项目。根据测定结果，获得最优化验分析温度为60。关键词：湿法炼锌；温度；溶液；最优；分析；影响doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.01.023中图分类号：TG115.3+1 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）01-0163-041 引 言湿法炼锌工艺已比较成熟，适用范围广，是生产高品质锌锭的主要工艺。目前世界上接近 90%的高品质锌锭来自于湿法炼锌1。湿法炼锌主要有焙烧、浸出、净化和电积等工序2-3：锌精矿在沸腾炉焙烧后生成锌焙砂，接着用电解废液对锌焙砂进行中性浸出，使大部分氧化锌溶解，得到的矿浆分离出上清液和底流矿浆，上清液净化后再通过电积产出金属锌，最后熔铸成锭。在浸出、净化和电积等工序中，除主成分 Zn以ZnSO4的形式进入溶液外，还有含量不等的Fe，Si，Cu，Ni，Co，As，Sb，Ge等对湿法炼锌有害的杂质也会一起进入ZnSO4溶液，共同组成成分复杂的含锌溶液，这些杂质严重影响了溶液电解沉积过程4。由于生产过程中需要依据上述各项指标的化验分析数据添加药剂5、调整参数，所以化验分析的准确性和及时率至关重要。生产中，影响化验分析准确度的因素有很多。对于湿法炼锌来说，其化验样品为液体样品，溶液的性质受温度的影响很大。一方面，根据化验室设计要求6，厂房与化验检测区域通常要保持一定距离，导致化验样品取样后，送至化验室的时间较长；另一方面，在湿法炼锌工艺生产中，出于从浸出、净化效率及反应时间等影响工艺节能方面的因素综合考虑，通常将含锌溶液温度控制在 5085 7，温度较高。由于样品的温度高，送样距离又远，从而导致样品在送检的途中温度大幅下降，这一现象在冬季尤为明显。再加上浸出后的含锌溶液盐度高、酸度低，受温度影响尤其大，且当温度低于12 时，常伴有白色结晶析出，会影响分析结果的准确度。本文主要通过实验，研究电解沉积之前中性含锌溶液中的Cu，Fe，Co，Cd，As，Sb，Zn等几个对工艺生产影响较大8的元素的分析结果随温度不同而变化的规律，从而确定获得稳定分析结果的最佳温度，并据此采取措施控制样品分析温度，来获得准确的能够正确指导生产的分析结果。2 实 验2.1主要仪器（1）原子荧光光谱仪：北京吉天仪器有限公司AFS-8220，具有仪器参数设定、自动进样器、数据显示、自动稀释等多功能的计算机控制系统，自带As，Sb原子荧光空心阴极灯。（2）电感耦合等离子体原子发射光谱仪（铂金埃尔默ICP-7000DV）。（3）电子恒温水浴锅。收稿日期：2022-04-27；修订日期：2023-01-08作者简介：张鑫（1987），女，山东青岛人，本科，工程师，研究方向：有色冶金分析检验，E-mail：163总第179期铜业工程Total 1792.2分析方法2.2.1试剂试剂一：硫酸（AR）。试剂二：盐酸（AR）。试剂三：甲基橙指示剂（1 g/L）。试剂四：氟化钠（AR）。试剂五：抗坏血酸。试剂六：硫脲（AR）。试剂七：酒石酸（AR）。试剂八：六次甲基四胺缓冲溶液（100 g/L）。试剂九：二甲酚橙指示剂（5 g/L）。试剂十：50 g/L硫脲-抗坏血酸溶液。称取50 g硫脲，50 g抗坏血酸，溶解于适量水中，并稀释至1 L。试剂十一：氢氧化钾-硼氢化钾溶液。称取5 g氢氧化钾溶于适量水中，再加入20 g硼氢化钾，溶解后稀释至1 L。2.2.2Zn分析方法：容量法移取2 mL样品置于400 mL三角烧杯中，吹适量水。滴加1滴甲基橙指示剂，用（1+1）硫酸调节溶液酸度至弱酸性。加勺尖氟化钠，加勺尖抗坏血酸，加5 mL饱和硫脲溶液，加适量六次甲基四胺缓冲溶液。摇匀，滴1到2滴二甲酚橙指示剂。用0.15 mol/L的EDTA标准溶液由紫红色滴定至亮黄色即为终点。2.2.3As和Sb分析方法：双道原子荧光光谱法9移取10 mL样品于100 mL烧杯中。加入5 mL盐酸，5 mL饱和酒石酸溶液，10 mL硫脲-抗坏血酸溶液，摇匀。然后，放置电热板上加热消解至微沸，冷却后，转移至 100 mL 容量瓶中，定容、摇匀。引入双道原子荧光光谱仪，以（1+9）盐酸为载液，以氢氧化钾-硼氢化钾溶液为还原剂进行分析测定。仪器条件如表1。2.2.4Cu,Co,Cd,Fe分析方法：电感耦合等离子体原子发射光谱法10移取10 mL样品至100 mL容量瓶中。加入5 mL盐酸，定容、摇匀。引入电感耦合等离子体原子发射光谱仪，进行分析测定。2.3对比实验选取能够覆盖浸出、净化、电积三个工序的样品浸出中上清、贮槽液、净化新液、电积新液做实验样品。该实验样品的主要成分为 ZnSO4溶液，其中含有少量Cu，Fe，Co，Cd，As，Sb等游离态杂质。趁热取大样，充分混匀后以小瓶分装，保证各组实验样品均匀统一。参照湿法炼锌行业中各生产工序的实际温度，以各工序取样时的最高温度80 为上限，环境温度为下限。采用电子恒温水浴锅控制样品温度，按 510 为一个阶梯，在不同的温度下对上述分装后的样品中的Cu，Fe，Co，Cd，As，Sb，Zn按2.2节所述的分析方法分别进行分析测定。3 结果与讨论自然界的盐类物质，大多数随温度升高溶解度增大，少数溶解度基本不受温度影响，极少数盐类物质温度升高溶解度减小。在湿法炼锌溶液中，实验研究的Cu，Fe，Co，Cd，As，Sb，Zn等元素，在复杂的反应后各组分主要以硫酸盐形式共存。由于溶液盐度较高，当温度降低时，溶液黏度明显变大，盐类的溶解度降低，溶液极易析出结晶，各组分的溶解度会随着温度变化而出现不同程度的变化。不同温度对应不同样品各元素的分析结果记录如表25所示。通过上述实验结果可以看出，在4种样品中，除Cd在温度较低（20）时，能够保持相对稳定的分析结果，其他元素均需要较高的温度才能在溶液中充分溶解，其分析结果才能够趋于稳定。温度变化对Cu，Fe，Co，As，Sb，Zn的分析结果影响较明显。样品温度较低时，溶解度下降，分析结果明显偏低；温度升高时，溶解度上升，当温度升至各盐类组分充分溶解，并在溶液中分布均匀后，各元素分析结果最终稳定。实验结果表明，各样品的不同元素其分析结果稳定时的温度各不相同，分布于2060 之间，且各样品中As和Sb元素所需的表1原子荧光法测定As和Sb仪器条件Table 1Instrument conditions for determination of As and Sb by atomic fluorescence spectrometry负高压270 V灯电流80 mA原子化器高度8 mm载气流量350 mL/min屏蔽气流量600 mL/min测量方式标准曲线164张鑫等 高浓度锌溶液分析检测优化2023年第1期温度最高，为60。综上所述，各盐类物质在溶液中充分溶解时的温度，即为各元素分析结果趋于稳定时的温度。在此温度下的样品，各元素在溶液中的分布相对稳定，此时的分析结果才最具代表性。需综合考虑各样品元素的分析结果，获得与所有样品相匹配的分析温度，进而得到最准确的分析结果，用以指导生产。4 结 论湿法炼锌中，各样品因盐度、黏度、比重的差异，以及元素的特殊性质各异，不同元素在溶液中达到充分溶解时的温度不尽相同。从实验结果中可以看出，As和Sb达到充分溶解所需要的温度最高，在达到60 时，As和Sb完全溶解，分析结果稳定。为使化验分析结果匹配工艺实际，同时兼顾简化样品预处理，以及适合所有样品所有分析项目同步进行，综合各因素，分析温度采用就高不就低原则，确定以As和Sb元素符合分析结果稳定需求时的温度（60），即各目标元素中符合分析结果稳定需求时所需的最高温度，作为湿法炼锌样表2净化新液中Co，Cd，Fe，Zn不同温度下的分析结果Table 2Analysis results of Co，Cd，Fe，Zn in purified solution at different temperatures温度/8070605550454035282012Co/（mg/L）0.140.140.140.140.140.130.140.120.0690.0780.067Cd/（mg/L）0.180.180.180.180.180.170.180.180.170.170.05Fe/（mg/L）7.967.897.927.887.917.977.947.756.686.724.49Zn（g/L）163.35163.33163.41163.35163.27163.47163.44162.39160.44159.78157.77表3电积新液中Co，Cd，Fe，Zn不同温度下的分析结果Table 3Analysis results of Co，Cd，Fe，Zn in electrodeposition solution at different temperatures温度/807065605550454035282012Co/（mg/L）0.110.110.110.110.110.110.110.110.100.0840.0910.081Cd/（mg/L）0.160.160.160.160.170.160.170.170.160.160.140.096Fe/（mg/L）7.907.937.947.927.887.977.787.736.975.785.494.32Zn/（g/L）162.31162.35162.42162.39162.37162.41162.27162.47161.78160.55159.41156.31表4浸出中上清中Cu，Co，Cd，Fe，As，Sb，Zn不同温度下的分析结果Table 4Analysis results of Leaching solution Cu，Co，Cd，Fe，As，Sb，Zn at different temperatures温度/807065605550454035282012Cu/（mg/L）492.77491.36492.4488.68494.66477.52428.8411.7418.9407.11387.22380.3Co/（mg/L）9.529.579.659.579.677.436.956.696.215.474.675.02Cd/（mg/L）338.44340.7339.75341.44338.72334.11337.35340.70325.52341.14329.88255.98Fe/（mg/L）6.536.586.656.676.676.575.814.784.694.774.282.66As/（mg/L）1.071.081.081.070.970.590.40.470.290.270.280.46Sb/（mg/L）0.900.900.890.880.790.740.740.710.610.620.60.55Zn/（g/L）155.55155.42155.48156.67155.62151.17149.77147.21145.25140.22137.77131.77表5净化贮槽液中Co和Sb不同温度下的分析结果Table 5Analy