聚丙烯酰胺类絮凝剂对镉置换动力学的影响机制研究及其在锌电解液净化中的应用

针对锌电解液中镉杂质去除效率低的问题，研究人员通过锌粉置换法（63-200 μm）系统探究了聚丙烯酰胺类絮凝剂（Besfloc K系列）对Cd2+ 置换动力学的影响。实验表明，0.07 g/L絮凝剂浓度显著改变反应初始阶段动力学，但会降低镉置换率。研究揭示了温度（30-50°C）与活化能的关系，为优化工业电解液净化工艺提供了理论依据。

　　

在湿法炼锌工业中，电解液的纯度直接决定锌产品的质量。然而，溶液中微量的镉（Cd²⁺
）会显著降低阴极锌的纯度，传统置换法虽成本低廉却易受多种因素干扰。尤其当电解液前处理阶段残留的聚丙烯酰胺类絮凝剂（PAM）进入置换体系时，其影响机制尚不明确。针对这一技术盲区，来自车里雅宾斯克国立大学的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表论文，首次系统揭示了非离子型（Besfloc K 4000）、阴离子型（K 4034）和阳离子型（K 6645）絮凝剂对锌粉置换镉动力学的作用规律。

研究采用0.01 M Cd²⁺
模型溶液（pH=4.0），通过镉离子选择电极实时监测反应进程。关键技术包括：连续搅拌反应系统（200 rpm）、温度梯度实验（30-50°C）、X射线衍射（XRD）分析产物形貌，以及基于阿伦尼乌斯方程的活化能计算。

结果部分

1. 温度效应：升温显著加速反应，30°C至50°C时表观活化能从24.5 kJ/mol升至31.2 kJ/mol，表明过程受混合控制（扩散与化学极化共同作用）。
2. 絮凝剂浓度阈值：0.07 g/L浓度下，絮凝剂通过改变锌粉表面产物ZnSO₄
   ?3Zn(OH)₂
   ?4H₂
   O的形貌，延长反应诱导期，但最终置换率下降12-15%。
3. 类型差异：阴离子型絮凝剂因静电排斥作用抑制Cd²⁺
   吸附，而非离子型通过空间位阻阻碍界面反应。

结论与意义
该研究量化了工业絮凝剂残留对镉置换的"双刃剑"效应：虽能优化前段固液分离，却需严格控制浓度≤0.05 g/L以避免置换效率损失。提出的"温度-絮凝剂协同调控"模型，为湿法炼锌工艺参数优化提供了新思路，尤其适用于含有机添加剂的复杂电解液体系。研究同时证实，活化能计算可作为评估工业添加剂影响的普适性指标。