所用原料为含杂质的硫酸锌产品，其成分见 表1 。

由 表1 可看出粗硫酸锌成分复杂，含铜、砷、铁、镉等杂质，且硫酸含量较高；如何有效的脱除杂质，工艺选择尤为重要。

由粗制硫酸锌生产工艺及流程发现，粗制硫酸锌极易溶于水，且粗制硫酸锌中的铜、锌、铁、砷、镉基本以硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸铁、砷酸、亚砷酸、硫酸镉的形式存在，故本试验采用粗硫酸锌溶解–中和–氧化除铁砷–锌粉置换除铜镉工艺，对粗制硫酸锌产品进行提纯精制。提纯精制过程发生的化学反应如下：

1) 中和的目的是将粗硫酸锌溶液pH值控制在合理范围，以符合后期除铁砷工艺要求。

2) 氧化除铁砷原理：

① 化学作用：使砷成为难溶的砷酸铁沉淀；

② 氢氧化铁胶体吸附凝聚沉降析出。

氢氧化铁是一种胶体，因其胶体微粒带有电性相同的电荷，互相排斥而不易沉降，氢氧化铁在不同的酸度下因吸附的离子不同，带的电荷亦不相同，在溶液PH值 < 5.2时吸附Fe³⁺离子而带正电，在PH值 > 5.2时带负电，定位离子为OH⁻，其等电点在PH = 5.2附近。一般说溶液中各种负离子都可以成为“反离子”被胶核所吸引，其中一部分可以进入胶团内金额胶团一起运动 [6] 。为保证锌不沉淀，因此中和反应后需控制溶液PH < 5.2，此时Fe(OH)₃带正电， ${\text{AsO}}_4^{3-}$将成为其反离子被胶核吸附而沉降。

3) 锌粉置换除铜、镉

锌粉置换除铜、镉属于置换净化工艺，置换为在水溶液中一种金属取代另一种金属的过程 [7] 。因锌的标准电极电位比铜、镉的标准电极电位低，而且电位差较大，金属锌可从溶液中将铜、镉置换出来，而生成沉淀物从溶液中沉淀除去。因此选用锌粉置换，且不引入新的杂质。

因锌粉置换在酸性溶液中容易产生氢气，故在锌粉置换之前，需用氧化锌中和调节PH值。

试验过程需要的试验器材见 表2 。

试验过程需要的主要试剂见 表3 。

将原料粗硫酸锌用水溶解，液固体积质量比采用2.5~3.5:1，充分溶解后备用。粗硫酸锌溶液的成分见 表4 。

在烧杯中加入一定量的水，打开搅拌缓慢向烧杯中按液固质量比2.5~3.5:1加入粗制硫酸锌，待粗制硫酸锌充分溶解后，加入氧化钙调节PH值，反应结束后抽滤，滤液进行除铁砷，滤渣经水洗，已提高锌的利用率，水洗液可用于粗制硫酸锌的溶解。

中和后液置于500 mL圆底烧瓶中，打开搅拌缓慢向溶液中加入氧化剂双氧水后，加入聚合硫酸铁，反应一定时间，反应结束后抽滤，滤液进行置换除杂，滤渣经水洗，以提高锌的利用率，水洗液可用于粗制硫酸锌的溶解。

将除铁砷后液置于500 mL圆底烧瓶中，打开搅拌缓慢向溶液中加入氧化锌调节溶液PH值为4.8~5.2，反应一定时间，反应结束后抽滤，滤液进行置换除杂，滤渣经水洗，已提高锌的利用率，水洗液可用于粗制硫酸锌的溶解。

将氧化锌中和后液置于500 mL圆底烧瓶中，打开搅拌缓慢向溶液中加入一定量的锌粉，反应一定时间，反应结束后抽滤，滤液即为硫酸锌溶液，滤渣经水洗，已提高锌的利用率，水洗液可用于粗制硫酸锌的溶解。

将上述除杂后的硫酸锌溶液于烧杯中进行蒸发浓缩，然后进行冷却结晶，离心得到七水硫酸锌，母液返回蒸发浓缩。

工艺流程见 图1 。

为了寻找粗制硫酸锌净化除杂的较佳条件，在探索性实验的基础上，以中和剂的选择，氧化除铁砷铁砷摩尔比、双氧水加入量，置换锌粉加入量等作为影响因子，进行试验，试验结果表明选用氧化钙作为中和剂，中和PH值4~4.5，氧化除铁砷双氧水为氧化剂，双氧水加入量为1.2倍，铁砷摩尔比为1.4，锌粉置换PH值4.8~5.2，反应温度45℃~55℃，锌粉过量系数为1.3。

选择碳酸钙、氧化锌、氧化钙和氢氧化钠为中和剂分别进行中和试验，试验条件为：中和温度80℃，中和时间3 h，中和PH值为4~4.5，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表5 。

由表可知：碳酸钙做中和剂与其它相比，中和渣带走的锌较多，锌损失较大，氢氧化钠做中和剂，钠进入硫酸锌溶液，当溶液中Na⁺浓度硫达到一定值时，会有Na₂SO₄∙10H₂O的结晶析出，Na₂SO₄∙10H₂O中的Na会抢占Zn的比例含量，成品锌含量会出现降低的趋势；以氧化锌做中和剂，中和前液中锌浓度高时，中和后液温度低时，会发生硫酸锌结晶，在实际生产中会堵塞管道，故本试验选用氧化钙做中和剂。

选择除铁砷前液PH值分别为2.5~3、3~3.5、3.5~4、4~4.5、4.5~5条件下进行试验，试验条件为：反应温度60~80℃，双氧水加入量为1.2，铁砷摩尔比1.4，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表6 。

由表可知：除铁砷前液PH值为4~4.5时，除铁砷效果较好，继续提高前液PH值，亚砷酸锌易形成冻胶状物，不利于澄清，导致除铁砷效果不明显，故选用除铁砷前液PH值为4~4.5。

选择双氧水加入量分别为1.1，1.2、1.3、1.4条件下进行试验，试验条件为：PH值4~4.5，反应温度60~80℃，铁砷摩尔比1.4，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表7 。

由表可知：双氧水加入量为理论用量的1.2倍时，除铁砷效果较好，继续增加双氧水用量，除铁砷效果不明显，且过量的双氧水将与锌粉反应，增加锌粉的消耗量，故选用双氧水加入量为1.2。

选择铁砷比分别为1.0、1.2、1.4、1.6条件下进行试验，试验条件为：PH值4~4.5，反应温度60~80℃，双氧水加入量为1.2，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表8 。

由表可知：铁砷摩尔比为1.4时，除铁砷效果较好，继续增大铁砷摩尔比，除铁砷效果不明显，故选用铁砷摩尔比为1.4。

首先对除铁砷后液采用氧化锌中和值PH值为4.8~5.2，根据标准电极电位差异，采用锌粉置换过程会产生氢气，考虑安全问题及锌的沉淀PH值，置换PH值选用4.8~5.2，置换反应温度的选择：温度高，氢的超电压会降低，即在置换的同时析出氢增多，置换反应速率会降低，因此本实验选择置换反应温度为45~55℃，按溶液中铜、镉含量计算锌粉理论加入量进行置换反应，以除去铜、镉。

选择锌粉过量系数1.1、1.2、1.3、1.4条件下进行试验，试验条件为：反应温度45~55℃，双氧水加入量为1.3，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表9 。

由表可知：锌粉过量系数为1.3时，置换除杂效果最佳，继续增大锌粉加入量，置换除杂效果不明显，故选用锌粉过量系数为1.3。

从整个试验过程及试验数据中看出，由粗制硫酸锌生产硫酸锌产品最佳工艺条件为：用氧化钙中和粗硫酸锌溶液PH值至4~4.5，双氧水加入量为理论用量的1.2倍，铁砷摩尔比为1.4，反应温度60~80℃下进行氧化除铁砷反应，除铁砷后液用氧化锌中和至PH值4.8~5.2，锌粉过量系数为1.3，反应温度为45~55℃条件下进行置换除杂实验，采用单一变量法确定的最佳试验条件进行平行试验，反应结束后抽滤，滤液进行分析，试验结果见 表10 。

综合试验结果表明，采用试验确定最佳工艺条件，除杂效果较好，除杂后液杂质含量均<0.001，效果显著。

将上述除杂后的硫酸锌溶液蒸发浓缩，浓缩至52~55波美度，冷却结晶，后抽滤，滤渣即为符合工业级标准的硫酸锌产品，滤液为结晶母液，返回系统使用。硫酸锌产品的成分见 表11 。

由表可知：粗制硫酸锌经除杂后产出的硫酸锌产品符合标准HG/T2326-2015 [8] 的技术要求。