从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备。根据本发明的用于提取锌的电解槽包括浴-反应器（5），所述浴-反应器（5）配备有电源母线（6）、用于提供电解液的两个管（1）的管线、阴极（3）、阳极（4）、沿着所述阳极（4）的高度的塑料条（8）、通过重力排放电解液的溢流口（2）。所述阴极（3）具有3.5-10m2的面积。所述电解槽的高度至少为其宽度的两倍，所述电解槽的长度取决于所述电极的数量。所述电解槽的底部由沿着所述浴（5）的长度的沟槽（11）分开。
【专利说明】从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备。
【背景技术】
[0002]已知各种方法和设备用于获得电解的锌，其产量的90%通过水电冶金实现。在常规电解浴中，通过约400至600 A/m2的电流密度、约1.0至1.6m2的阴极面积并在24小时内从阴极片手动剥离锌阴极进行该过程。该方向的新型技术(其应用始于约25年前)为所谓的大型浴(Jumbo bath)和面积为约2.60至3.40m2的电极,每个浴装有约80至120个阴极。此技术现在被用于现代电解锌厂，通过各种设备在每48小时内以约3100至3500kWh/t的能量消耗机械地完成锌剥离。
[0003]不考虑生产率的相对增加，所有已知的过程和装置的缺点在于电解提取金属的效力的主要因素，即电力消耗。电力消耗占锌提取的总加工成本的约70%，加之用于电极管理、电解液冷却、人工成本、消耗品等的成本。
【发明内容】
[0004]根据本发明的方法和设备或用于电解提取锌的新技术和器材的实质在于产生被视为一种反应器的新一代电解槽。这受过程支配，所述过程为电势、氧化还原行为和水-空气动力环境的复杂函数，其中浴(反应器)有条件地分别分成上对称区域和下对称区域，以及左对称区域和右对称区域。此设计和过程分别符合电极电势、生产率、电极构造、阴极和阳极的固定和定位、它们的形成和加工、电解液循环体系和其他因素。
[0005]此外，分离的气体 (阳极上的氧气和阴极上的氢气)产生独特的“流体床”，并且有助于电解液在电极之间由下至上以及除此之外由上至下移动。另外，在约1.5至2.0个大气压的压力下加料新鲜溶液、新鲜溶液通过溢流口作为废溶液引出以及阳极固定设备对溶液的移动具有有利影响(图2，[a] [b])。
[0006]原则上，电解槽可以沿纵向通过两个浴形成，所述两个浴通过溢流口连接并通过常规循环线加料，使得循环速度加倍，并有可能设置额外的阴极和阳极(图5，[a] [b])。
[0007]根据本发明的新一代电解提取锌的方法和设备的目的在于，在维持高生产率的同时，在用于建设、机械、器材和安装(设计)的相当的投资成本下，通过总体上减少约20至30%的能量成本和其他相关加工成本而增加过程效率。
[0008]相比于目前存在的电解浴和电极，通过弓丨入电解浴和装入电解浴的电极的各自的新设计实现上述目的。
[0009]本发明的特征在于，在相对地维持实践可接受的电解槽宽度和长度的同时，使其高度加倍，即所述上区域和下区域已经形成(图1)。这使得电极的有效面积增加，对于一个阴极最小为3.5m2且最大为约IOm2 ;这种变化符合所述过程的特征，其参数等，“电解液的分散能力”。以此方式，所用的高达500A/m2的电流密度可以减少至250至300A/m2，导致电极电势、能量消耗分别减少，而不影响48至96小时的周期性沉积时间下的高性能。这种浴和电极构造的变化决定了其他参数的变化，如附图中所示。
[0010]图1显示所述设备的整体外观，图2 [a]显示其投影，表示浴-反应器5，所述浴-反应器5配备有电源母线6、用于添加电解液的管线1，装有过程所必须的阴极3和阳极4。以约1.5至2个大气压的压力通过管线I添加过程溶液并通过母线6供电从而实现电解提取。电解液通过在所述浴的上端和中间的两个管I通过重力进入所述浴(图2a)，并通过沿着反应器的整个宽度的溢流口 2在另一端离开反应器(图2b)。馈电电流分布在电极(阴极3(图2)和阳极4 (图2))之间，并且通过约250至500 A/m2的电流密度进行电解提取过程。所述电解液的温度在所述浴的入口处为约25至30°C，在出口处为约36至38°C ;硫酸含量为约120至200g/l。电解液循环速度维持在约1.5至3个浴体积/小时，所述电极之间的距离为80至86謹。
[0011]使用的阳极4 (图3a和图3b)由含有约0.5至1.0%的Ag的铅制得(轧制压铸)，并且由两个对称的片、用于在所述浴中支撑并传导电流的铜棒7和用于固定的塑料条8形成(线速度约0.15至0.30m/min)。
[0012]图4显示所述塑料条的两个投影。所述条沿着所述阳极的两端固定，并帮助所述阳极在所述浴中准确定位。此外，所述阳极以这样的方式形成:由于其竖直加筋表面，其有效面积随着高度而增加(图3b);所述阳极为约12至18mm厚。
[0013]根据本发明所提供的设备的一种形式为双电解槽，或连接在公用体系中的两个浴(图5a和图5b)。在此情况下，所述电解液通过其上端处的两根管I进入所述浴，或者所述管的总数为4 (图5);通过单独的母线为所述双浴的两个体积供电，其中消耗的溶液在第一浴的顶部沿着其整个宽度通过重力离开所述第一浴并通过溢流口-虹吸管由下至上进入第二浴(图5，位置9)。
[0014]所述电解槽的底部(图2a)沿着所述浴的长度通过沟槽11分开，所述沟槽11使得电极污泥(相对重量约5g/cm3)沉降并将其周期性去除，同时在所述浴的外部通过适当的处理(包括硫酸亚铁溶液)清理所述阳极表面，并收集所述污泥(60%以上的MnO2)以作为氧化剂使用。阳极清理在硫酸亚铁溶液中进行，随后在压力下用旋转刷和水淋浴处理；阳极片仅在必要时通过适当的“挤压”校正。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1——本发明的设备的总体视图；
[0016]图2a——以三个投影显示的本发明的设备；
[0017]图2b——本发明的电解液溢流口 ；
[0018]图3a和3b——本发明的用于电解提取锌的铅阳极；
[0019]图4——本发明的用于固定电极的塑料(PVC、PPL等)条形夹；
[0020]图5a和图5b——本发明的双浴的另一形式。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]在装有60个阴极3的体积为约30m3、高为3.5m和宽为1.6m的电解槽中实现电解提取，每个阴极具有约6m2的面积。供电电流的密度为约300A/m2。电解液通过两个(扩散)管I以约500至7001/min的速度进入浴-反应器5，并沿着其整个短侧通过溢流口 2离开。铅阳极4由两个对称部分形成，其表面成型为具有锥形下部的台阶状沟槽，至少80%的阳极4通过塑料条固定，所述塑料条通过阳极4的中间和下端的塑料垫圈10进行增补。含有70g/l锌和180g/l硫酸的经混合的电解液和必要添加剂进入温度约30°C (在出口处约37°C )的反应器；产量为90%，能量消耗为约2600Kwh/t锌。
[0023]阴极周期的持续时间为约72h ;金属纯度为99.995%Zn。
[0024]实施例2
[0025]此过程在双电解槽中进行，所述双电解槽由两个浴形成，所述两个浴具有中间壁并通过沿着其整个宽度的虹吸管连接。所述浴各自装有62个阴极，即约124个各自面积为约6m2的阴极；通过在其上部和中间的4个管-扩散器(在每个入口处两个)由上至下以约800至12001/min的速度在其之间溢流从而实现循环。阳极构造和固定元件与实施例1中的相同。使用相同的电解液，电流密度为约300 A/m2，锌沉积周期为72h。产量为约90%，能量消耗为约2700Kwh，锌纯度`为约99.995%。在约30天内完成有效的污泥去除。
【权利要求】
1.一种用于电解提取锌的电解槽，其特征在于其包括浴-反应器(5)，所述浴反应器配备有电源母线(6 )、用于添加电解液的两根管(I)的管线、阴极(3 )、阳极(4 )、沿着所述阳极(4)的高度的塑料条(8)、使电解液通过重力离开的溢流口(2)，其中所述阴极(3)具有3.5 -1Om2的面积，所述电解槽的高度至少为其宽度的两倍；所述电解槽的长度取决于所述电极的数量，所述电解槽的底部由沿着所述浴(5)的长度的沟槽(11)分开。
2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于所述阳极(4)由与0.3至1.0%的Ag合铸的纯铅制得。
3.根据权利要求1和2所述的电解槽，其特征在于每个阳极(4)的高度被分成两个相等的部分，它们的总有效面积大于阴极(3)的总有效面积，所述阳极(4)的厚度为12-18mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电解槽，其特征在于供电母线(6)由铜制得，所述供电母线(6)上固定有铜棒(7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电解槽，其特征在于安装所述塑料条(8)以覆盖阳极(4)的边缘至高度的至少80%，在中间和下部所述阳极通过在阳极(4)和阴极(3)之间的塑料圆盘垫圈(10)固定。
6.一种用于电解提取锌的电解槽，其特征在于其由两个连接的根据权利要求1至5所述的电解槽构成，其中在所述两个浴之间设置有虹吸管-溢流口(9)用于使所述溶液通过重力离开第一浴并由下至上进入第二浴。
7.一种用根据前述权利要求中任一项所述的设备电解提取锌的方法，其特征在于其由如下步骤构成: -在入口处25-32°C的温度下以及在出口处36-38°C的温度下，在1.5-2个大气压的压力下，通过管线(I)将过程电解液溶液添加至所述浴-反应器(5 )中，并通过母线(6 )供电，所述过程电解液溶液含有锌、硫酸约120`-200g/l和任选的添加剂；` -以250-500 A/m2的电流密度电解，维持1.5至3个浴体积/小时的电解溶液循环速度，其中阳极至阳极的距离为约80-86mm，所述阴极周期的持续时间为72小时(48-96小时)，所述电解液在出口处的温度为36-38 °C。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述过程电解溶液含有120-200g/l的硫酸。
【文档编号】C25C7/00GK103687981SQ201280009852
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年2月2日 优先权日:2011年2月4日
【发明者】I·恩切夫, N·多布雷夫, G·博兹希洛夫 申请人:“Kcm 2000” 股份公司, I·恩切夫