一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法

本发明涉及湿法炼锌中钴的深度净化，尤其是涉及一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法。

背景技术：

1、目前，世界锌总量的80％～85％都是以湿法炼锌工艺生产的，常规湿法炼锌工艺流程为：先将锌精矿氧化焙烧得到焙砂，再用硫酸浸出焙砂得到锌浸出液，然后将锌浸出液净化除杂，最后将合格的电积液送电积，产出金属锌。锌浸出液的净化除杂阶段是湿法炼锌的核心工序，锌液净化的效果和效率不仅关乎后续锌电积阶段能否正常运行，还直接影响湿法炼锌过程中的技术经济指标以及锌产品的品质。

2、锌焙砂经过硫酸浸出后，得到的硫酸锌溶液通常含有很多的杂质元素，如铜、镉、钴、镍等，这些杂质会在硫酸锌溶液电积阶段产生负面影响，其中钴的危害尤为显著。这是因为：钴的电位比锌的更正，因此他们会产生共沉淀，从而影响电解锌的质量，并破坏纯锌的形貌和结构，其次，一旦锌溶液中的钴析出，析氢反应加剧，h+大量放电，会造成电流效率下降。

3、基于安全、环保及经济等因素，以锑盐为活化剂的锌粉置换法是目前应用最广泛的除钴工艺。锑盐净化法在工业上应用多年，技术较为成熟，但仍有许多问题需要深入研究，主要表现在：①净化深度不够；②锌粉消耗偏高；③净化渣中杂质金属分散，使得对其回收难度增大。

4、上述问题的根源在于，减弱析氢反应时采用的降低ph值，或引入锑、铜等活化剂等措施，基于减少氢离子浓度，降低还原反应的界面能垒等原理，这些办法都以牺牲锌粉的还原活性为代价，比如引起锌离子水解反应，减少锌粉表面的反应位点，以至于锌粉置换效率降低，耗量增加。

5、基于上述问题，提出一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法，采用独立的氯化钾溶液和离子交换膜隔开阴极室和阳极室，避免锌粉与浸出液的接触，提供置换反应所需电子，保证对钴离子的选择性还原；同时通过采用特殊表面结构的阴极材料，降低了钴离子第一步沉积的高能垒，并且可以提高阴极电流密度，进而提高钴离子的沉积速率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置，包括空间隔离的氧化室和还原室，所述还原室内设置有具有特殊表面结构的阴极合金，所述阴极合金为负载有原子尺寸钴原子的镀锑铜电极、表面密布原子尺寸腐蚀坑的含锑或铅的铜电极、表面密布纳米尺寸尖峰结构的锑或铅的铜电极中的一种；所述氧化室内配置有外接电源。

3、优选的，所述氧化室与所述还原室之间通过双层的离子交换膜进行空间隔离。

4、优选的，双层所述离子交换膜包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜之间设置有氯化钾溶液。

5、优选的，所述外接电源的电流控制在ma级别。

6、本发明还提供了一种从硫酸锌溶液中净化除钴的方法，其特征在于：通过饱和氯化钾溶液两端的阳离子交换膜和阴离子交换膜将氧化室与还原室隔离，在还原室中加入含锌湿法冶金过程中产生的含钴浸出液，并内置表面结构特殊化处理的含锑或铅的铜电极，与外电路的导线相连，在氧化室内加入硫酸锌溶液，置入锌电极，设置相关化学回路，进行反应；

7、具体包括以下步骤：

8、s1、在还原室中加入含锌湿法冶金过程中产生的含钴浸出液，并内置表面结构特殊化处理的含锑或铅的铜电极，与外电路的导线相连；在氧化室加入硫酸锌溶液，置入锌电极；

9、s2、通过饱和氯化钾溶液两端的阴离子交换膜和阳离子交换膜连接还原室和氧化室；

10、s3、选取辅助电极与锌电极在阳极室与外置电源连接，组成化学回路，闭合开关k2，控制电流在ma级别；

11、s4、开启氧化室和还原室的搅拌装置，并接通外电路的开关k1，进行反应，一段时间后可在阴极室的电极上得到被还原的钴；

12、步骤s3中的辅助电极为不与硫酸锌溶液反应的活性炭、石墨、惰性电极、合金。

13、优选的，所述氧化室内的溶液中不加入钴离子。

14、因此，本发明一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法，具有以下有益效果：

15、(1)通过搭建物理空间隔离的还原室和氧化室装置，使锌粉置换钴离子的置换反应的氧化半反应和还原半反应分别在氧化室和还原室进行，可以降低锌粉消耗，减弱锌粉表面的钝化现象，提高置换效率。

16、(2)通过本发明所述的装置进行钴离子的置换反应，方便单独对氧化半反应和还原半反应进行单独调控，获取更有效的置换效率，比如为了解决锌粉表面生成的氧化物钝化现象，可以单独控制阳极室溶液的ph值。

17、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置，其特征在于：所述氧化室与所述还原室之间通过双层的离子交换膜进行空间隔离。

3.根据权利要求2所述的一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置，其特征在于：双层所述离子交换膜包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜之间设置有氯化钾溶液。

4.根据权利要求3所述的一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置，其特征在于：所述外接电源的电流控制在ma级别。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的从硫酸锌溶液中净化除钴的方法，其特征在于：通过饱和氯化钾溶液两端的阳离子交换膜和阴离子交换膜将氧化室与还原室隔离，在还原室中加入含锌湿法冶金过程中产生的含钴浸出液，并内置表面结构特殊化处理的含锑或铅的铜电极，与外电路的导线相连，在氧化室内加入硫酸锌溶液，置入锌电极；设置相关化学回路，进行反应。

6.根据权利要求5所述的一种从硫酸锌溶液中净化除钴的方法，其特征在于：所述氧化室内的溶液中不加入钴离子。

技术总结
本发明公开了一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法，属于湿法炼锌中钴的深度净化技术领域，包括空间隔离的氧化室和还原室，还原室内设置有具有特殊表面结构的阴极合金，阴极合金为负载有原子尺寸钴原子的镀锑铜电极、表面密布原子尺寸腐蚀坑的含锑或铅的铜电极、表面密布纳米尺寸尖峰结构的锑或铅的铜电极中的一种；氧化室内配置有外接电源。本发明一种从硫酸锌溶液中净化除钴的装置及方法，采用独立的氯化钾溶液和离子交换膜隔开阴极室和阳极室，避免锌粉与浸出液的接触，保证对钴离子的选择性还原；同时通过采用特殊表面结构的阴极材料，降低了钴离子第一步沉积的高能垒，并且可以提高阴极电流密度，进而提高钴离子的沉积速率。

技术研发人员：邢宝林,聂彦合,王强,朱晓波,张琪珂,冯晓楠
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17