专利名称：一种含氧化锌物料生产电解锌方法
技术领域：
本发明所涉及用一种含氧化锌物料生产电解锌方法，特别适合处理低 品位氧化锌矿。采用粉料一氨浸一水解一浸取剂一段回收一制液一浸取剂二 段回收一除杂一电解的方法生产电解锌，该方法属湿法冶金中的锌冶炼领 域。
金属锌是一种基础有色金属，其广泛用于电子、轻工、冶金、机械制造 等行业。目前，我国生产锌的主要工艺是用硫化锌矿石经浮选工艺生产锌精 粉后，再经氧化焙烧用硫酸溶解除杂生产电解锌。但随着原生矿的大量开发， 矿产资源日趋紧张，同时在开发硫化锌矿和高品位氧化锌矿石过程中，大量 低品位氧化锌矿石和炼锌渣都作为废石抛弃，对国家的矿产资源造成极大的 浪费。大工业、大范围利用低品位氧化锌矿生产电解锌的方法一直受到我国 各相关部门的重视。
背景技术：
目前利用低品位氧化锌矿石生产电解锌有以下几种方法
1、中国发明专利申请(专利)号200410077241提供一种高硅高铁低品位氧 化锌矿中锌的酸氨浸出法，其特征在于该法是(1 )磨矿-得矿粉一(2 )
矿粉常温加酸转化一(3)加碱或石灰中和一(4)加氨浸提一(5)液固分 离一(6)经多段浸提得含Z n 1 0 0 — 1 5 0 g / 1操作液一(7)经常规 净化后送电解成锌锭或制取氧化锌产品；本方法解决了已有酸法生成硅胶，过 滤困难和氨法浸出回收率低的技术难题，其特点 一是不生成硅胶、易于过滤； 二是锌的浸出回收率高，等于或高于8 0%，经济效益好；三是含S i 02>
3 0 %， F e >1 0 %, Z n 〉1 0 %的高硅高铁低品位氧化锌矿能得到充分 利用，变废为宝。但是此工艺复杂，物料返料量大，且加酸量大，加碱或石灰 用量大，成本高不易于工业生产。
2、中国发明专利(02133663)公开氧化锌矿的浸出工艺；该发明属湿法 冶金技术，特别是含高铁、硅的锌矿的浸出方法。本发明的步骤是(1 )中 性浸出，将氧化锌矿粉与硫酸溶液同时加入并搅拌，始酸的PH值为3. 0 3.5,逐渐上升溶液的pH值，最终达到pH5 5. 2，反应后的中性浸 出液净液后作电解用，浸出渣进行下一步再浸出；(2)低酸浸出，在浸出渣 中加入硫酸液并搅拌，控制PH值逐渐下降，由开始的pH5 5. 2降到p Hl. 5 3. 0; (3)循环废液，对二次浸出物进行固液分离，含有硫酸 的废液重新返回氧化锌矿的中性浸出阶段。该发明可对含锌低于2 0 %的氧化锌矿浸出，不需要中和剂，生产成本和硫酸耗量相对少，浸出液可循环使用， 锌的浸出率高。但是环境影响较大，且料液不易澄清并受到氧化锌矿石种类的 影响限制了该工艺的大规模利用。
3、 中国专利申请(专利)号200510060047，该发明公开了一种从氧化矿中 水冶法提取锌、铜、镍、钴的工艺及其装置，可对硫化型和氧化型的锌、铜、 镍、钴矿石进行加工提取，其装置为密闭的循环系统，可以回收提取剂反复 利用，碳酸氢铵的混合溶液作为提取剂，与矿粉混合后，进行一定时间的充 分搅拌，可达到9 0%以上的提取率，再将金属溶液进行加热分解、过滤、 烘干、电解便可得到所提金属，特别是对低品位的氧化锌矿更是适用，其方 法简单可靠，适用范围广，造价低，采用本发明可降低生产成本，且金属的 提取率可达9 0%以上。但通过工艺实践证明该工艺拟采用的搅拌浸出方式 并不能直接得到90%以上的提取率，只能达到50%左右的提取率，并且金属 溶液常温加热分解，能耗消耗大，再次烘千，电解工序中未能有效回收浸取 剂中的二氧化碳组份，从而提取剂的有效组份未能充分回收，增加了生产成 本，因上述原因限制了该工艺的实施。
4、 中国专利申请(专利)号200510031356.2， 本发明是一种湿法处理低 品位混合铜矿、镍矿和锌矿的配合浸出方法，先将矿石破碎后再用铵盐浓度 为O. 5 5mol/L，氨浓度为O. 1 0. 5mol/L的铵盐和氨水配制的配合浸出剂浸出。 可直接堆浸或破碎磨细后槽浸，得到有价金属浓度高的浸出液，最后用常规 方法从浸出液中提取有价金属，再配合浸出剂返回利用。该方法避免了传统 的硫酸堆浸法浸出液所需的复杂除铁过程，以及钙、镁和硅的浸出所造成的 矿堆表面板结、矿石钝化等问题，而且工艺简单，流程短，浸出速度快，浸 出率高，成本低，容易实现工业化生产。通过生产实践证明该工艺拟采用的 直接堆浸或破碎磨细后槽浸，该工艺存在浸出周期长，浸出剂损耗大，料液 溶度低，并且金属溶液常规加热分解，能耗消耗大，再次烘干，电解工序中 未能有效回收浸取剂中的二氧化碳组份，从而浸出剂的有效组份未能充分回 收，增加了生产成本，因而限制了该方法的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含氧化锌物料生产电解锌方法，本方法采用粉 料一氨浸一水解一浸取剂一段回收一制液一浸取剂二段回收一除杂一电解的 方法生产电解锌，本方法特别适合处理低品位氧化锌矿或含锌废渣。先将氧化 锌矿或锌废渣制成矿粉,其次用烧碱和碳氨的混合溶液或氨水和碳氨的混合溶 液为浸取剂于密封的搅拌桶中与矿粉反应，形成含锌氨络合物的浸出液。待浸出液中锌含量足够高后，真空加热浸出液蒸馏其中的氨组份，氨组份通过气体 吸收装置吸收形成吸收液备用，这就是浸取剂的一段回收。此时浸出液中的锌 生成不溶于水的碱式碳酸锌水解产物，过滤并洗涤水解产物。滤液经换热器冷 却后流入洗涤水备用池做洗涤水备用。再用硫酸或电解锌废液溶解水解产物制 液除杂制成锌电解液，反应所产生的二氧化碳气体经吸收液吸收后循环浸矿使 用，在此完成了浸取剂的二段回收。最后将净化合格的锌电解液与废电解液混 合后送入电解车间电解生产金属锌，电解废液送入制液工序循环使用。此方法 具有能耗低、成本低、处理量大、质量好、净液作业简单、生产用水循环使用 等优点，能充分地利用待开发的锌资源。
本发明的技术内容是用含氧化锌物料生产电解锌方法以及实施本方法所 用主要设备及其组合。实施该方法的主要设备如下矿石粉碎设备、皮带运输 机、搅拌桶、离心过滤机、尾矿池、高液池、备用池、中液池、洗涤水池、料 液泵、缓冲罐、真空泵、换热器、气体吸收器、压滤机、反应釜、电解槽、尾 气塔、水解釜、制液釜、净液釜、配液桶、硅整流器及其附属设备。
本发明提出的方法是用颚式破碎机将含锌量为2—18%低品位的氧化锌矿
或含锌物料进行破碎，破碎矿石或含锌物料粒度为35mm以下。再经磨矿设备将 破碎的矿石磨细至粒径100目以下的矿粉，用皮带运输机或巻扬机或抓料机运 至搅拌桶的加料器。然后开启搅拌桶上的搅拌装置，在搅拌桶中配好烧碱和碳 氨(烧碱即氢氧化钠，浓度为2-4%，碳氨即碳酸氢氨，浓度为5-12%)的混合 溶液或氨水和碳氨(氨水浓度为2-8%，碳氨即碳酸氢氨，浓度为卜9%)的混合 溶液作为浸取剂，浸取液与矿粉在搅拌桶里充分反应，液固体积比为1—4: 1， 反应l-3小时，关闭搅拌装置，生成的锌络合物溶液和矿泥、矿沙等物质沉降 20-40分钟，大部分的矿泥和矿沙沉降在搅拌桶底部，料液于搅拌桶中下部的 料液口排出，进入离心过滤机进一步除去矿泥等固体杂质，最后进入高液池备 用。高液池中锌含量大于10g/1，当浸出液中锌离子浓度小于10g/l时，泵入搅 拌桶中与下批新矿粉循环浸取，达到10g/l以上时，泵至水解釜进行沉锌水解 生产。又将新配的浸取液泵入搅拌桶和离心过滤机中收集的矿泥等杂质送入搅 拌桶的加料器中，开启加料器与搅拌装置和沉降在搅拌桶底部的矿泥、矿沙进 行二段反应l-3小时，再关闭搅拌装置，生成的锌络合物溶液和矿泥、矿沙等 固体物质沉降20-40分钟，大部分的矿泥和矿沙沉降在搅拌桶底部，料液于搅 拌桶中下部的料液口排出，进入离心过滤机进一步除去矿泥等固体杂质，最后 进入中液池备用。中液池中锌含量小于10g/1，中液池可与下批新矿粉再次浸 取，逐级提高料液中锌含量。当搅拌桶中矿沙及矿泥与浸取剂经过两次或三次反应后，矿沙及矿泥中的氧化锌组份浸取75%以上时，用洗涤水备用池中的水
泵入搅拌桶中，打开搅拌装置洗涤矿泥、矿沙中的残留浸取液，洗涤液经离心 过滤后排入备用池吸收氨组份备用。搅拌桶中已提取氧化锌的矿泥和矿沙经水 洗后，可用抽沙泵抽去桶中尾沙至尾沙池，为搅拌桶下次生产做好准备。
沉锌水解生产采用一级水解反应，抽取一定体积的浸出液于水解釜中，打 开搅拌装置、真空泵保持水解釜内为低真空状态，直接通入高温水蒸气，加热
至沸腾O. 5—3.0小时，待溶液中的氨组份快挥发完时，水解釜中的锌就生成不 溶于水的水解产物，该水解产物主要成分是碱式碳酸锌。关闭高温蒸汽及真空 装置，打开放料阀再通过压滤机把水解产物过滤洗涤回收，晾干或压干后包装 入库，为下步生产做准备。水解后的浸取废液过滤进入废液罐并在换热器中与 待水解的浸取液换热后，与洗涤水解产物的洗涤液一起排入洗涤水备用池备 用。挥发的氨组份通过管道经过气体缓冲罐、真空泵送入气体吸收器，用水或 备用池中的洗涤液吸收，未吸收的微量氨组份经过尾气吸收塔吸收达到排放标 准排放。再把吸收氨组份的吸收液送入吸收备用池用以吸收浸取剂另一有效成 分一二氧化碳。
电解锌制备采用以下步骤
① 将沉锌反应所得的水解产物投入反应釜中与一定体积的硫酸或电解锌
废液反应，生成含锌量在120-160g/l， ra值为5-5.5的硫酸锌溶液。反应生成 的二氧化碳气体由备用池中的氨性吸收液经气体吸收器吸收制得氨水-碳酸氨
体系浸取液，从而真正的做到浸取剂的循环使用，并减少二氧化碳气体温室气 体的排放。
② 检测上述含锌溶液是否含铁、铜、钴、镍、银等金属离子，如果含有上 述几种金属，氧化除铁后，加过量锌粉，黄药除杂净化，如不含上述几种金属 离子，进入下道工序。
③ 配锌电解液，将上述净化液与硫酸及电解锌废液配成含锌量50-60 g/1， 硫酸含量在120-150 g/l的锌电解液。
电解锌生产，将合格的电解锌液通入已镀膜并挂好的阴极和阳极板的电 解槽内，开启槽电压3.35V，电流密度450A/M2，电解时间24小时，就可在阴极 板上得到合格的电解锌产品，电解废液送入制液工序循环使用。
⑤当阴极板上的电解锌达到剥板要求后，断开此槽电源，将阴阳极板组件 吊离电解槽，换上新的阴极板，开始下次电解生产。换下的带电解锌的阴极板 送至剥板车间，由剥板机剥下电解锌板后，整型备用。
附图给出了实施本发明的主要设备装置及设施示意图。这套装置由矿石破
碎机(l)、球磨机(2)、运输机(3)、搅拌桶(4)、中液池(5)、高液池(6)、离心过滤机 (7)、各类真空泵(8)、洗涤水池(9)、各类缓冲罐柳、尾矿池(ll)、浸取液备用池(12)、 电解槽(13)、换热器(14)、各类料液泵(15)、各类气体吸收器(16)、洗涤水备用池Q7)、 各类压滤机(18)、反应釜(19)、废液罐卿、各类尾气塔(21)、吸收液池(22)、水解 釜(23)、抽沙泵(24)、净化釜(25)、配液桶(26)、电解液高位槽(27)、电解废液 池(28)、粗电解液池(29)、净化液罐(30)。
本发明提出的方法是用颚式破碎机(1)将含锌量为2—18%低品位的氧化锌 矿或含锌物料进行破碎，破碎矿石或含锌物料粒度为35mm以下。再经球磨机(2) 将破碎的矿石磨细至粒径100目以下的矿粉，用运输机(3)运至搅拌桶(4)的加料 器。然后开启搅拌桶上的搅拌装置，在搅拌桶(4)中配好烧碱和碳氨(烧碱浓度 为2-4%，碳氨浓度为5_12%)的混合溶液或氨水和碳氨(氨水浓度为2-8%，碳 氨浓度为1-9%)的混合溶液作为浸取液，浸取液与矿粉在搅拌桶里充分反应， 液固体积比为1一4: 1，反应l-3小时，关闭搅拌装置，生成的锌络合物溶液 和矿泥、矿沙等物质沉降20-40分钟，大部分的矿泥和矿沙沉降在搅拌桶(4)底 部。料液于搅拌桶中下部的料液口排出，进入离心过滤机(7)进一步除去矿泥等 固体杂质，进入高液池(6)备用。高液池(6)中锌含量10g/l以上，当浸出液中锌 离子浓度小于10g/1，流入中液池(5)备用，并泵入搅拌桶(4)中与下批新矿粉循 环浸取，达到10g/l以上，泵至水解釜(23)进行沉锌水解生产。又将新配的 浸取液泵入搅拌桶(4)同时将离心过滤机(7)中收集的矿泥等杂质送入搅拌桶(4) 的加料器中，开启加料器和搅拌装置与沉降在搅拌桶(4)底部的矿泥和矿沙进行 二段反应l-3小时，再关闭搅拌装置，生成的锌络合物溶液和矿泥、矿沙等固 体物质沉降20-40分钟，大部分的矿泥和矿沙沉降在搅拌桶(4)底部，料液于搅 拌桶(4)中下部的料液口排出，进入离心过滤机(7)进一步除去矿泥等固体杂质， 进入中液池(5)备用。中液池中锌含量小于10g/1，中液池(5)中的料液可与下批 新矿粉再次反应浸取，逐级提高料液中锌含量。当搅拌桶(4)中矿沙及矿泥与浸 取剂经过两次或三次反应后，矿石中氧化锌组份浸取75%以上时，把洗涤水备 用池(17)中的水泵入搅拌桶(4)中，打开搅袢装置洗涤矿泥、矿沙中的残留浸取液， 洗涤液经离心过滤后排入吸收池(9)吸氨组份备用。搅拌桶(4)中己提取氧化锌的 矿泥和矿沙经水洗后，可用抽沙泵(24)抽去桶中尾矿沙至尾沙池(ll)，为搅拌 桶(4)下次生产做好准备。
沉锌水解生产采用一级水解反应，抽取一定体积的浸出液于水解釜(23) 中，打开其搅拌装置、真空泵(8)，保持水解釜(23)内为低真空状态，直接通
7入高温水蒸气，加热至沸腾0.5—3.0小时，待溶液中的氨组份快挥发完时，水
解釜(23)中的锌就生成不溶于水的水解产物，该水解产物主要成分是碱式碳 酸锌。关闭高温蒸汽及真空装置开关和开启水解釜(23)上的放空阀5-10分钟 后，打开水解釜(23)的放料阀再通过压滤机卿把水解产物过滤洗涤回收，晾 干或压干后包装入库，为下步生产做准备。水解后的浸取废液过滤进入废液罐 (20)并在换热器Q4)中与待水解的浸取液换热后，与洗涤水解产物的洗涤液一 起排入洗涤水备用池肪做洗矿水备用。挥发的氨组份通过管道经过气体缓冲罐 柳，真空泵(8)和气体吸收器(16)，用水或洗涤水池(9)中的洗涤液吸收制得氨性吸 收液，未吸收的微量氨组份经过尾气吸收塔(21)吸收达到排放标准排放。再 把吸收氨组份的氨性吸收液送入吸收池(22)，该吸收液用于吸收浸取剂另一 有效成分一二氧化碳。
电解锌制备采用以下步骤
① 将沉锌反应所得的水解产物投入反应釜ag)中与一定体积的硫酸或电解锌废液反应， 控制其硫酸含量和浓度生成含锌量在120-160g/1， PH值为5-5. 5 的硫酸锌溶液，用压滤机(18)过滤其中的不溶物后送入粗电解液备用池(29)备 用。反应生成的二氧化碳气体经气体缓冲罐卿，真空泵(8)进入气体吸收器(16)由 吸收备用池(22)中的氨性吸收液吸收经制取氨水-碳酸氨体系浸取液排入浸 矿备用池(12),从而真正的作到浸取剂的循环使用，并减少二氧化碳气体等温室 气体的排放。
② 检测上述含锌溶液是否含铁、铜、钴、镍、银等金属离子，如上述几种 金属含量超标，泵入净化釜(25)中氧化除铁后过滤，加入过量锌粉，黄药除杂 使得上述几种金属含量达到电解要求并过滤后进入净化液罐(30)，如上述几 种金属离子含量达到电解要求，则直接进入净化液罐(30)。
③ 配锌电解液，将上述净化液泵至配液桶(26)中与硫酸及电解锌废液配成 含锌量50-60 g/1，硫酸含量在150-160 g/l的锌电解液，并送入电解液高位槽 (27)。
④ 电解锌生产，将合格的电解锌液输送至己镀膜的阴极和阳极板的电解槽 (13)内，开启槽电压3.35V，调节电流密度450A/M2，电解时间24小时，就可在阴 极板上得到合格的电解锌产品，电解废液输送至电解废液池(28)后泵至制液 工序循环使用。
⑤ 当阴极板上的电解锌达到剥板要求后，断开此组电极板电源，将阴阳极 板组件吊离电解槽，换上新的阴极板，开始下次电解生产。换下的带电解锌的 阴极板送至剥板车间，由剥板机剥下电解锌板后，整型备用。
中所述的方法能达到以下生产指标 1电解锌中锌含量大于99. 5%; 2氧化锌矿回收率达到75%;
3浸取剂回收率95°/。以上。
实施方案
将一含锌量为8%的低品位氧化锌矿投入破碎机进口，破碎机将矿石破碎
至30mm以下。再经球磨机将破碎的矿石磨细至粒径小于100目的矿粉，用运输 机将磨好的矿粉运至搅拌桶加料器。然后在搅拌桶里配好的氨水和碳氨(氨水 浓度为6%，碳氨浓度为5%)的混合溶液作为浸取剂，先打开搅拌装置再打开加 料器使浸取液与矿粉发生反应，液固体积比为2.5: 1，反应2小时，关闭搅拌 装置，生成的锌络合物溶液和矿沙及矿泥靠自重向搅拌桶自然沉降30分钟，打 开搅拌桶中下部的料液阀，料液由排液管流出，进入离心过滤机进一步分离除 去矿泥等固体杂质，进入高液池。料液通过料液泵泵至水解釜进行沉锌生产。 搅拌桶中的矿沙，矿泥和离心机中分离出来的矿渣再与新配的浸取液反应一到 两次后，矿石中氧化锌可达77%浸出率，此时可用水或水解经换热后的浸取废 液逆级洗涤矿沙两次，用抽沙泵运到尾沙池，洗涤水经过滤后排入备用池做吸 收氨组份备用。
沉锌水解生产采用一级水解反应，抽取20M3的浸出液于水解釜中，打开其 搅拌装置、真空泵，保持反应釜内真空度为600mmHg，釜内直接通入高温水蒸 气，与此同时开启吸收水泵将吸收水送至气体吸收器中吸收氨组份。保持水解 釜内溶液沸腾2.0小时时，溶液中的氨组份挥发完时，水解釜中的锌就生成不 溶于水的碱式碳酸锌，先关闭蒸汽和真空装置后，打开水解釜上的放空阀十分 钟后，最后打开放料阀再通过压滤机把水解产物过滤洗涤回收，晾干或压干后 包装入库，为下步生产做准备。洗涤水排入洗涤液备用池做洗矿水备用
水解后的浸取废液过滤进入废液罐后在换热器中与待水解的浸取液换热 后，其温度下降至28'C，排入洗涤液备用池做洗矿水备用。挥发的氨组份通过 管道经气体缓冲罐，真空泵送入气体吸收器，用水或吸收备用池中的洗涤水吸 收，吸收液吸氨后得到含氨10%，碳酸根0.5%的吸收液，进入吸收备用池。未 吸收的微量氨组份经尾气塔吸收达到排放标准排放，尾气吸收液也送入浸取液 备用池。
电解锌生产采用以下五个步骤 .
①将沉锌反应所得的水解产物投入反应釜中与25。/。硫酸反应，并加少量水、 硫酸和水解产物调节硫酸锌浓度为锌含量在150g/1， ra值为5-5.5，经压滤机压滤得粗电解液。反应所产生的二氧化碳气体经吸收液于气体吸收器中吸收 得到含氨10%，碳酸根2. 5%的二次吸收液，此吸收液泵至搅拌桶中，再配成浸 取液循环使用。
② 检测上述含硫酸锌粗电解液中的铁、铜、钴、镍、银等金属离子未超标。
③ 配锌电解液，将上述溶液在配液桶中与98%的硫酸及电解锌废液配成含 锌量55g/1，硫酸含量在135g/l的锌电解液，并流入电解液高位槽备用。
④ 电解锌生产，将配好的电解锌液送入挂好阴极和阳极板的电解槽内，开 启通过整流器及其附属设备整流后控制槽电压3.35V，电流密度450A/M2，电解 时间24小时，就可在阴极板上得到合格的电解锌产品，电解废液(锌含量50g/1 ， 硫酸含量在145g/1)流入电解废液池并泵至制液工序循环使用。
⑤ 阴极板上的电解锌达到剥板要求后，断开此槽电源，将阴阳极板组件吊 离电解槽，换上新的阴极板，开始下次电解生产。换下的带电解锌的阴极板送 至剥板车间，由剥板机剥下电解锌板后，整型备用。
实施方案达到的生产指标如下.-1金属锌含量大于99. 5%; 2氧化锌矿回收率达到75%; 3单位电解锌用电量为2950度/吨。
权利要求
一种含氧化锌物料生产电解锌方法，采用粉料—氨浸—水解—浸取剂一段回收—制液—浸取剂二段回收—除杂—电解的方法生产电解锌，其特征在于特别适合处理低品位氧化锌矿，先将矿石制成矿粉；其次用氨水和碳氨的混合液或烧碱和碳氨的混合液为浸取剂与矿粉两级或三级反应，形成锌浸出液；真空加热浸出液蒸馏其氨组份并水解成碱式碳酸锌，氨组份通过吸收器吸收备用；再用硫酸或电解锌废液溶解碱式碳酸锌制液除杂制成锌电解液，生成的二氧化碳气体用氨性吸收液吸收循环浸矿使用；再将锌电解液与电解废液混合送入电解车间电解生产金属锌，电解废液送入制液工序循环使用。
全文摘要
一种含氧化锌物料生产电解锌方法，采用粉料—氨浸—水解—浸取剂一段回收—制液—浸取剂二段回收—除杂—电解的方法生产电解锌。特别适合处理低品位氧化锌矿，先将矿石制成矿粉，再用烧碱和碳氨的混合液或氨水和碳氨的混合液为浸取剂于密封搅拌桶中与矿粉发生两级或三级反应，形成锌浸出液。真空加热浸出液蒸馏其氨组份并水解成碱式碳酸锌，氨组份通过吸收器吸收备用，用硫酸或电解锌废液溶解碱式碳酸锌制液除杂制成锌电解液，反应生成的二氧化碳经吸收液吸收循环浸矿使用。最后将锌电解液与电解废液混合送入电解车间电解生产金属锌，电解废液送入制液工序循环使用。此方法具有能耗低、成本低、生产用水循环使用等优点，能充分利用待开发的锌资源。
文档编号C22B3/14GK101545115SQ20081004508
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者(请求不公开姓名) 申请人:谷 亮