弱酸活化策略优化工业级锌粉利用：提升湿法冶金锌净化效率与经济性的创新研究

本研究针对湿法冶金锌净化过程中锌粉表面钝化(ZnO层形成)与剧毒砷化氢(AsH3)生成等核心问题，开发了基于分布式控制系统(DCS)的弱酸活化(pH 3.8-4.2)新工艺。通过精准调控电解废酸添加量，实现锌粉消耗降低23.96%(42.2 kg/t-Zn)、Cd/Co去除率达99.96%/85.02%，同时将AsH3浓度稳定控制在检测限(<0.02 ppm)以下，为绿色锌冶炼提供关键技术支撑。

　　

在全球锌冶金领域，一个看似简单的化学反应难题已困扰业界数十年——当锌粉暴露在潮湿空气中时，其表面会迅速形成致密的氧化锌(ZnO)钝化层，就像给金属披上了一层"铠甲"。这层仅1-2微米的薄膜，却能让价值数千万元的锌粉在净化流程中"出工不出力"。更棘手的是，传统强酸活化方法虽能溶解这层"铠甲"，却会引发两个致命副作用：锌粉过度腐蚀造成资源浪费，以及砷杂质转化生成剧毒的砷化氢气体(AsH₃)，后者浓度可达0.38 ppm，远超0.05 ppm的职业安全限值。

面对这一行业痛点，云南金鼎锌业有限公司的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表突破性成果。他们开发的弱酸活化策略，通过分布式控制系统(DCS)将pH精准控制在3.8-4.2的"黄金区间"，如同为锌粉表面化学反应装上了"智能调节阀"。这种微妙的酸碱平衡既能有效溶解55.36%的ZnO钝化层，又避免了金属锌的过度消耗，更将AsH₃浓度压制到检测限(<0.02 ppm)以下。

关键技术路线包含三大创新：工业级DCS动态pH调控系统(±0.05精度)、电解废酸梯度添加算法、以及基于表面表征的锌粉活性评估体系。研究团队从年产10万吨的锌冶炼厂获取原料，其锌硫酸溶液含Zn 110 g/L及Cd(1143 mg/L)、Co(6.81 mg/L)等关键杂质。

【材料与工业级操作】章节揭示，传统方法处理此类溶液需过量添加8-12%锌粉。而新工艺通过反向锑净化流程优化，使锌粉消耗降至42.2 kg/t-Zn，年节约成本超千万元。

【实验室级操作数据】显示pH调控的"双刃剑"效应：当pH从3.0升至5.0时，锌溶解效率呈现先增后减的抛物线特征，在pH=4.0时达到最佳平衡点。此时Cd/Co去除率分别达99.96%和85.02%，远高于行业平均水平。

【结论】部分强调，该技术创造了锌利用率94.93%的新纪录，780天的工业验证证实其稳定性。特别值得注意的是，通过抑制Zn²⁺/Zn电对(-0.76 V)与Cd²⁺/Cd(-0.40 V)、Cu²⁺/Cu(0.34 V)等杂质离子的竞争沉积，阴极锌板的结构缺陷率下降76%。

这项研究重新定义了湿法冶金锌净化的技术标准：其一，建立了"表面活化-安全控制-资源节约"的三元协同机制；其二，开发出可兼容低品位复杂矿(Zn<18%)的普适性工艺；其三，为中国"十四五"清洁生产计划提供了可量化的实施范例。正如文中所言，当锌粉利用率从行业平均的70%跃升至94.93%，每个百分点提升都对应着数百吨的渣料减排和数十万元的能效收益。这种将基础研究与产业需求深度融合的创新范式，为全球有色金属行业的绿色转型提供了教科书级的解决方案。