一种双槽并行电解提纯金属锌工艺的制作方法

文档序号:5286902阅读:489来源:国知局

专利名称::一种双槽并行电解提纯金属锌工艺的制作方法
技术领域
:本发明涉及一种双槽并行电解提纯金属锌工艺,主要用于从工业废渣中回收制备高纯锌。(二)
背景技术
电解精炼工艺由于工艺流程短,设备投资小,电流效率高,电能消耗低而受到广泛的关注。电解槽中的阳极采用可溶性金属时,通过阳极上的金属离子电解进入电解液,不断补充电解液中金属离子由于在阴极析出的消耗。如果金属在阳极上的溶解量与在阴极上析出量不平衡,电解溶液中金属离子的浓度就会发生变化,这种变化随着电解的进行会越来越大,最后导致电解体系的崩溃。通常,可溶性阳极同时发生化学溶解和电化学溶解,其电流效率高于100%,而金属的阴极析出往往伴随着氢气的竟争析出和杂质离子共沉积,金属在阴极沉积的电流效率往往低于100%,因而随着电解的进行,电解液中金属离子的浓度不断提高。电解槽中的阳极采用不溶性阳极时,阳极反应一般为气体的氧化析出(如氧气、氯气);电解液中金属离子会随着阴极过程进行而不断降低,因此,不断往电解槽中添加金属离子才能保证较高的电流效率和提纯金属的质量。Zn2+-NHrNH4Cl-H20电解液体系在锌金属的湿法冶金领域显示出了极大的潜力。该体系对物料的适应性强,尤其在处理硅、氯、钙等杂质含量高的原料时,直接浸出时只有能与氨形成配合物的金属才能溶解,最常见的杂质铁不能浸出,大大降低净化负担;电积过程中阳极材料采用钌钛阳极,不会对阴极锌产生污染,而且电耗为2400-2600kWh,比传统的硫酸体系节省电耗20%左右,另外,氨-氯化铵体系锌不发生反溶,阴极锌的剥落也简易方便。
发明内容本发明的目的就是综合不溶性阳极电解槽和熔铸溶解性阳极电解槽的优点,简化工艺过程,提高金属锌的回收率,降低能量消耗,提供一种一种双槽并行电解提纯金属锌工艺。本发明采用的技术方案是一种双槽并行电解提纯金属锌工艺,电解槽由主精炼槽和副提纯槽组成,所述主精炼槽以需要提纯的锌渣浇铸得到的锌板(通常采用熔融工业废锌渣浇铸的锌板)为阳极、以铝板为阴极,所述副提纯槽以不溶性涂钌钛板(通常是钬板表面涂覆Ru02,可采用市购商品)为阳极、以铝板为阴极,所述主精炼槽和副提纯槽通过管路连通,以Zn2+-NH3-NH4C1-H20溶液体系为电解液,同时在主精炼槽和副提纯槽中进行电解反应,于主精炼槽和副提纯槽阴极板上得到提纯后的阴极锌产品;所述电解液中NH3浓度为1.5~2.5mol/L,NH4C1浓度为1.52.5mol/L,Zn2+浓度为0.30.4mol/L。本发明工艺旨在通过平衡电解精炼过程中溶液的锌浓度,确保电解精炼长期稳定运行,提高金属锌的回收率,采用不溶性阳极和熔铸溶解性阳极双槽并行电解工艺进行工业锌废渣的综合回收。主精炼槽电解液中的锌离子主要来源于阳极锌的溶解;副提纯槽电解液中的锌离子主要来源于主精炼槽,副提纯槽的目的主要是平衡电解液中的锌离子浓度和溶液中的pH,同时提高金属锌的总回收率。电解过程定期进行检测电解液pH值和氨水的浓度。为了降低氨水的挥发,应在电解槽上方加盖密封装置。定期过滤分离电解槽底部的阳极,以保证阴极锌的质量。其运行周期可为16天,即持续电解精炼16天后,剥下阴极板表面的锌块,此外,电解精炼过程中还应更换阳极,更换下来的阳极经过清洗、晾干、除去表面附着物,可以重新熔融制成新的阳极板。该主电解精炼过程锌渣中锌金属的回收率为80%左右。为获得结构致密、表面光滑、杂质含量少的优质锌,所述电解液中还可加入明胶和十二烷基苯磺酸钠作为混合添加剂,明胶添加量为0.1g/L,十二烷基苯磺酸钠添加量为0.05g/L。所述电解过程可按照本领域常规条件进行,优选的,所述主精炼槽电解过程参数如下温度3040。C,同极间距1214cm,电流密度200~300A/cm2,槽电压0.91.1V。所述副^是纯槽电解过程参数如下温度30~40°C,同极间距1416cm,电流密度150200A/cm2,槽电压优选的,所述电解液中NH3初始浓度为2.0mol/L,NH4C1初始浓度为2.0mol/L,Zn"初始浓度为0.31mol/L,由于电解过程中阳极上会析出氮气,因此电解过程中定时补加氨水维持NH3浓度为2.0mol/L。为保持电解精炼过程长期稳定运行,维持电解液中锌离子浓度和电解液酸碱度的稳定,本发明在熔铸溶解性阳极主电解精炼的同时,并行釆用不溶性阳极的电解副提纯槽。通过不溶性阳极副提纯槽的电解,消耗电解液中不断增多的锌离子,并保持pH稳定。采用钉钛合金作为不溶性阳极,在该电极发生的反应为氮气析出反应,会消耗电解液中的氨,可以定期补加氨水来平衡。氮气的析出电位为1.1V左右,远远低于氧气的析出电位,为此,该工艺的电能消耗比传统的硫酸体系电解生产金属锌节约25%。该电解槽溢出的低锌离子浓度的电解液可以循环用于阳极泥的浸出,浸出液返回副提纯槽电解回收阴极锌。这样,阳极泥的浸出率达90%,锌渣中锌金属的总的回收率可达95%。本发明的有益效果主要体现在采用不溶性阳极和熔铸溶解性阳极双槽并行在Zn2+-NH3-NH4C1-H20电解液体系电解提纯金属锌,一方面保证熔铸溶解性阳极电解槽工艺简单,设备才殳资省,生产效率高的优点,另一方面通过不溶性阳极电解槽平行运行,来平衡电解液中的锌浓度,提高含锌废渣中锌金属的回收率。采用双槽电解工艺可以循环利用电解液,充分消耗熔铸阳极和阳极泥中的金属,既符合环保要求,又有较高的经济效益。(四)图1为本发明工艺流程图;图2为熔铸锌渣的能谱图(EDS);图3为Ru02-Ti阳4及的XRD图;图4为可溶性阳极电解阴极锌的能谱图;图5为不可可溶性阳极电解阴极锌的能i普图;具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1:1、熔铸锌阳极板图2为熔铸锌渣的能谱图(EDS),结果表明熔融工业锌渣中的杂质主要为铝、铁、氧、硅、钙。具体的含量如表l所示。对熔铸影响最为显著的铁含量不高。因此,将锌渣在还原气氛中加热到600°C,可以直接浇铸成阳极板。模具的规格为8cmx8cmxlcm(长度x宽度x厚度)。表l:熔铸锌渣中各种杂质及其含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2、钛镀钌不溶性阳极不溶性阳极电解槽的阳极采用钛镀钌合金。图3为Ru02-Ti阳极(陕西开达化工有限责任公司产品)的XRD图,Ru02、Ti02和Ti都分别在26.5。,35。,37.5。和55。有明显的特征峰。说明电极材料成份主要是以钛为基体,表面涂覆了Ru02和Ti02微晶混合物的尺寸稳定阳极。实施例2:双槽并行电解提纯金属锌双槽并行电解的周期设定为1天,溶解阳极采用实施例1制备的阳极板,阴极板采用纯铝板,规格为10cmx10cmxlcm(长度x宽度x厚度),电解液的组成为氨水(25wt。/。)2mol/L,氯化铵2mol/L,锌离子浓度20g/L;添加剂为明胶和十二烷基苯石黄酸钠的混合添加剂,添加量分别为0.1g/L和0.05g/L。不溶性阳极材料釆用实施例1钌钛阳极,不溶性阳极的规格为12cmx12cmx0.3cm(长度x宽度x厚度),阴极板采用铝板作为阴极板,其规格为10cmx10cmxlcm(长度x宽度x厚度),电解液与熔铸锌渣电解相接,为同一种电解液,电解过程的试验参数如表2所示。可溶性阳极电解过程中产生一定量的阳极泥中(约5wt。/。),其中,锌的含量约为20wt%,杂质铝和铁的含量分别高达15wt。/。和7.8wt%,这表明电解过程中锌渣中的杂质大部分都进入了阳极泥中。综合核算电解过程中的各种技术参数,具体结果如表3所示。表2:双槽并行电解工艺参数的设定<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>图4和图5分别为双槽并行电解过程中可溶性阳极电解何不可溶性阳极电解得到的阴极锌的能谱分析结果可以看出,在阴极锌上已经检测不到锌渣中的铁,钙,硅等杂质,产品中只含有微量的铝。其中,锌的含量分别可达99.89°/0和99.90%。实施例3:双槽并行电解的周期设定为3天,其他条件与实施例2相同。可溶性阳极电解过程中产生一定量的阳极泥中(约10wt%),其中,锌的含量约为25wt%,杂质铝和铁的含量分别达15wt。/。和9.3wt%。阴极锌的纯度与实施例2所得结果基本保持相同,但阴极锌表面的粗糙程度要高于实施例2所得阴极锌。表4:双槽并行电解技术指标结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>综合核算电解过程中的各种技术参数,具体结果如表4所示。可见,与实施例2比较,可溶性阳极电解槽中阴极电流效率略有降低,电能消耗略有升高,产生的废渣率却有明显降低,锌的直收率略有降低,不溶性阳极电解过程的电流效率基本不变,电能消耗略有升高,双槽并行电解的锌的总回收率仍然保持在94%。实施例4:双槽并行电解的周期设定为5天,其他条件与实施例2相同。可溶性阳极电解过程中产生一定量的阳极泥中(约llwt。/c)),其中,锌的含量约为24.5wt%,杂质铝和4失的含量分别达15.6wt。/。和9.7wt%。所得阴4及锌的品质与实施例3基本相同。综合核算电解过程中的各种技术参数,具体结果如表5所示。可见,与实施例3相比,所有的技术指标结果基本相同,这表明双槽并行电解工艺的各项技术指标趋于稳定。表4:双槽并行电解技术指标结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1.一种双槽并行电解提纯金属锌工艺,电解槽由主精炼槽和副提纯槽组成,所述主精炼槽以需要提纯的锌渣浇铸得到的锌板为阳极、以铝板为阴极,所述副提纯槽以不溶性涂钌钛板为阳极、以铝板为阴极,所述主精炼槽和副提纯槽通过管路连通,以Zn2+-NH3-NH4Cl-H2O溶液体系为电解液进行电解,于主精炼槽和副提纯槽阴极板上得到阴极锌;所述电解液中NH3浓度为1.5~2.5mol/L,NH4Cl浓度为1.5~2.5mol/L,Zn2+浓度为0.3~0.4mol/L。2.如权利要求1所述的工艺,其特征在于所述电解液中还加入明胶和十二烷基苯磺酸钠添加剂,明胶添加量为O.lg/L,十二烷基苯石黄酸钠添加量为0.05g/L。3.如权利要求1或2所述的工艺,其特征在于所述主精炼槽电解过程参数如下温度3040。C,同极间距12~14cm,电流密度200300A/cm2,槽电压0.91.1V。4.如权利要求1或2所述的工艺,其特征在于所述副提纯槽电解过程参数如下温度3040。C,同极间距14~16cm,电流密度150200A/cm2,槽电压3.03.3V。5.如权利要求1所述的工艺,其特征在于以熔融工业废锌渣浇铸的锌板为主精炼槽的阳极。6.如权利要求1所述的工艺,其特征在于所述电解液中NHs初始浓度为2.0mol/L,NH4Cl初始浓度为2.0mol/L,Zn2+初始浓度为0.31mol/L,电解过程中定时补加氨水维持NH3浓度为2.0mol/L。7.如权利要求1所述的工艺,其特征在于副提纯槽中产生的部分低锌离子浓度的电解液用于主精炼槽电解产生的废阳极和阳极泥的浸出,浸出液返回副提纯槽电解回收阴极锌。全文摘要本发明提供了一种双槽并行电解提纯金属锌工艺,电解槽由主精炼槽和副提纯槽组成,所述主精炼槽以需要提纯的锌渣浇铸得到的锌板为阳极,所述副提纯槽以不溶性钌钛合金为阳极,同时在主精炼槽和副提纯槽中以Zn<sup>2+</sup>-NH<sub>3</sub>-NH<sub>4</sub>Cl-H<sub>2</sub>O溶液体系为电解液进行电解反应,于主精炼槽和副提纯槽阴极板上得到提纯后的锌(阴极锌)。本发明采用不溶性阳极和熔铸溶解性阳极双槽并行电解提纯金属锌,一方面具有熔铸溶解性阳极电解槽工艺简单、设备投资省、生产效率高的优点,另一方面通过不溶性阳极电解槽平行运行,来平衡电解液中的锌浓度,提高含锌废渣中锌金属的回收率,可以循环利用电解液,充分消耗熔铸阳极和阳极泥中的金属,既符合环保要求,又有较高的经济效益。文档编号C25C1/00GK101265590SQ20081006095公开日2008年9月17日申请日期2008年4月11日优先权日2008年4月11日发明者郑华均,顾正海申请人:浙江工业大学
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