置换法生产镉(production of cadmium by cementation)

从处理镉原料所得含镉溶液中，用锌粉置换出海绵镉并加以精炼制取精镉的过程，为镉生产方法之一。

由于电解沉积法生产镉的电耗大(每吨镉耗电约1300kw•h)，许多工厂将电解沉积法改为置换法以节约电能。此法主要用于处理镉渣。工艺流程包括镉渣的浸出、溶液净化、置换、海绵镉精炼和熔铸等过程(见图)

用置换法从镉渣生产镉的工艺流程

镉渣是湿法炼锌厂第二段净化的副产物，它的主要成分(质量分数w/%)为：Cd 15～38，CU 0.32～l，CO 0.01～0.05，Ni 0.005～0.05，Zn 18～60。此种原料含镉较高，通常采用电解废液在353～363K下浸出20～25h，以使镉充分溶解。铜、铅等亦同时进入溶液。一般采用加锌粉置换除铜：

Zn+CU²⁺===ZN²⁺+CU↓

加BaCO₃除铅：

BaCO₃+Pb²⁺===PbCO₃↓+Ba²⁺

除去铜、铅后经压滤所得的滤液加纯锌粉置换得海绵镉，置换过程约需12h。前苏联的乌斯季-卡明诺夫戈尔斯克铅锌联合企业电锌厂在离心反应分离器中进行置换沉淀，其沉淀速度超过一般置换沉淀槽沉淀速度的300倍。在第一段ЦPC反应器中可直接得到含镉99.0%～99.5%的海绵镉。在第二段ЦPC反应器中所得的低品位海绵镉用锌废电解液溶解，然后用KMnO₄净化除铊，再送往ЦPC中置换沉淀镉。

置换出的海绵镉在约19.6MPa的压力下压成团块，使其密度提高到5500～6500kg，/m。，以防止多孔的海绵镉在空气中迅速氧化，并把残余的水分挤出，以免熔化时发生爆炸。然后将团块装入铸铁锅内加热到673K左右进行熔化。为了防止镉熔化过程中的氧化，向锅内加入一定数量的烧碱，生成熔融的防氧化覆盖层。此外，加入的烧碱还起某种程度的碱性精炼作用，除去铜、锌等杂质。经熔铸和精炼后得到的镉锭其纯度在99.995%以上。采用置换法生产1t镉的消耗约为：KMnO₄ 30kg，NaOH 130kg，H₂SO₄ 830kg，重油100L，，电470kW•h。