专利名称：一种浸出电解法从含锌物料中生产锌粉的方法
技术领域：
本发明涉及从含锌物料中采用浸出、净化、电解工艺生产锌粉，特别涉及到从含锌物料如各类锌渣、热镀渣、锌焙砂、氧化矿、挥发窑尘及生产保险粉产出的氢氧化锌渣用电解法生产锌粉的方法。
目前国内外生产锌粉的方法很多，主要有空气雾化法、水力雾化法、蒸馏冷凝法和电解法，除电解法外，其他三种火法生产锌粉所采用的原料大多是金属锌錠或含锌量高达50～70%的锌渣，产出的锌粉成球状结构，存在着生产成本高，而采用锌渣作原料时，锌金属回收率低、产出的锌粉有效锌含量低等缺点。电解法生产锌粉的优点是，原料较广泛，各种含锌物料均可，生产的锌粉呈树枝状，比表面积大，活性好，锌金属回收率高。
电解法目前采用的工艺是将含锌物料先经火法或湿法处理脱除阴离子，然后用氢氧化钠溶液浸出，得到锌酸钠和浸渣，将过滤浸渣弃掉，溶液进行净化除杂质后，送电解工序，电解是采用不溶阳极电积方式，在阴极表面上析出锌粉，通过洗涤干燥获得锌粉产品。这种碱性浸出体系的电解工艺，在处理某些物料时，如原料中含有硫酸盐、氯化物等，在浸出前必须将硫酸根、氯根用火法或湿法的方法除去，而要把这些阴离子降到很低的含量是比较困难的，且费用昂贵，否则氢氧化钠体系很快就会变成(NaOH+NaSO4)(NaOH+NaCl)等体系而失去浸出能力。
本发明的目的在于建立一种新的浸出，电解体系，以适合于不同物料的性质，取消在浸出前的预脱阴离子杂质工序，降低生产成本。
图1为本发明工艺流程图如图1所示，本发明的方法是将含锌物料加入到铵盐十氨体系中进行浸出，经过滤得到滤渣和浸出液，滤渣为弃渣堆放，浸出液经净化除杂质后进行电解，电解后液返回浸出，闭路循环。产出的锌粉经水洗，真空干燥，包装后为商品。
发明的特征在于浸出过程采用铵盐(如NH4Cl，(NH4)2SO4·(NH4)2CO3)和氨水作为浸出剂，在氨络合物体系中进行电解的方法，并省去浸出前的预脱阴离子工序。
生产电解锌粉的原料为各种含锌物料，含锌品位30～80%，并含有一定量的硫酸盐或氯化物、高品位较纯净的低度氧化锌也可以作为原料。例如保险粉生产中产出的氢氧化锌渣，热镀锌渣等。
在氨性溶液中，氧化锌、氢氧化锌溶于过量的氨溶液中生成无色氨络合物。
氧化锌、氢氧化锌还可溶于铵盐+氨体系中在铵盐+氨介质中，原料中的一些杂质成份在浸出过程中的行为如下
由于浸出液中游离氨浓度低，铅和铁进入溶液的数量很小，留在浸出渣中。
例如在生产保险粉产品的过程中，产出的氢氧化锌渣，除含有大量的氢氧化锌外，还会有约7～8%的硫酸盐，若使用NaOH，NH4Cl+NH3·H2O或NH4CO3+NH3·H2O进行溶浸。随着电解后液的循环浸出，势必造成溶液中硫酸盐的积累，为了达到溶液中硫酸根的平衡，就需要在浸出之前增加一道洗涤硫酸盐的工序或在电解后液开路部分电解液。在浸出前用水洗涤除去硫酸盐，国内有些厂家作过洗涤氢氧化锌渣的工作，结果是由于氢氧化锌渣量大，粘度大，洗涤水用量巨大，直接影响产品的成本。而在电解后液中排出部分溶液，势必要带走大量的氢氧化钠、氯化铵或碳酸铵，因而就必须不断地添加这些原料。因为这些溶液不允许直接排放，还得建立一个工序来处理这部分溶液，这样既增加了成本又使得流程过分地复杂。
而使用(NH4)2SO4+NH3·H2O溶液体系，就可以克服以上各种浸出体系的缺陷，当溶液中硫酸铵富集到300g/L以上时，开路出部分溶液，浓缩结晶为固体硫酸铵作为农肥出售。
浸出过程的操作条件和技术指标浸出溶液温度常温(10-30℃)，时间1～2小时;浸出液成份铵盐150～300g/L;游离氨6～100g/L;浸出液固比20～6∶1;机械搅拌，搅拌转速50～300L/min浸出完毕后，加入絮凝剂，沉清过滤。锌浸出率96～98%，浸出后液含锌20-100g/L。
浸出后液如含有其他重金属(Cu、Ni、Cd、Fe、Co)用常规的锌粉置换法可除去这些杂质金属。
脱除杂质的溶液即可进行电解，在氨性介质中，电极反应如下
总反应
电积锌得到锌粉有三个重要的因素，1.溶液中锌离子的浓度;2.阴极的电流密度;3.起始的阴极电极材料。低的锌离子浓度，高的阴极电流密度和氢的高极化电位电极材料对粉末的生产是有利的，电解液中金属离子浓度范围，一般来说，电解制粉比电解生成片状阴极产物要采用低得很多的金属离子浓度，这样可以抑制金属离子向阴极扩散数量，使金属离子的沉积速度降低到不利于阴极沉积物的晶体长大的程度，以减少颗粒长大的趋势，进而有利于形成松散粉末，在电解锌粉的流程中，考虑诸方面的因素，选择电解液的起始浓度为20～30g/L，终了浓度为10g/L。电解制粉一般采用比较高的阴极电流密度，这是因为电流密度愈高，阴极上单位时间内放电的离子数目愈多，以致金属离子的沉积速度大于按点阵排列的颗粒长大速度，根据公式N晶核＝a+blg (i)/(C)式中i为电流密度，C为金属离子浓度，电流密度愈大。则形成的晶核数目愈多，粉末也就愈细，电流密度的提高，也有利于提高产量。
电解的操作条件和技术指标如下阳极材料可用铅、石墨、不锈钢、铅合金或钛合金。阴极材料可用铝或镍，阳极电流密度150～200A/m2阴极电流密度，200～1000A/m2，阴阳极极距50mm，电解液温度，常温，电解液锌离子浓度10～30g/L，刮粉频率10～30次/时，槽电压3.6～4.3伏，电流效率87～94%，直流电耗，3600～3800Kwh/tZn粉。
电解后的溶液返回浸出工序继续浸出，从电解槽排出的锌粉，经水洗，真空干燥后为商品锌粉。
采用本发明的方法对保险粉生产过程中产出的氢氧化锌渣进行了小型试验，其原料成份(%)为Zn 74.0、Pb 0.043、Fe 0.030、Cd 0.049、As 0.002、Sb＜0.0001、SO4＝5.32、S全1.48、Cl-0.46。
称取锌渣40克旋转烧杯中，不加温机械搅拌浸出，浸出液成份(NH4)2SO4150g/L，游离氨3lg/L，液固比20∶1，浸出时间3小时。浸出完毕后用布氏漏斗过滤。浸出液成份(g/L)为Zn 33.65、Fe＜0.001、Pb 0.0016、Cu 0.0042、Cd 0.0003、Sb＜0.001、As 0.00072、Cl-0.088、SO42-104.85。滤渣成份%Zn 43、Fe 0.35、Pb 0.30、Cu 0.026、Cd 1.12、Sb＜0.001、As 0.0026、S22.47浸出结果渣率4.25%，锌浸出率97.52%。
浸出后液的杂质成份含量不高，完全满足电解液的净化要求，可直接进行电解制粉。
电解是在5升烧杯中进行，电解液体积4500毫升，阳极材质为铅板，尺寸6×14cm，二片，有效面积0.6Cm2，异极距50mm，电流密度714A/m2。电解液温度，常温，槽电压3.37V，电流效率88.74%，直流电耗3140Kwh/tZn粉，阴极产出的锌粉，用塑料板刮下或震打使粉落到烧杯底部。
产出的锌粉经水洗、酒精洗涤，真空干燥，锌粉粒目≤200目，有效锌含量95.80%。
随后进行了扩大试验其原料(%)为Zn 67.00、Pb 0.029、Fe 0.078、Cd 0.056、Cu 0.007、Na 0.26、SO42-7.77、S全3.13。
浸出是在500升搪瓷釜中进行，每次浸出原料20kg，浸出液成份(g/L)，(NH4)2SO4，200、NH3·H2O 20，液固比，20∶1，溶液体积500L，浸出温度为常温(30℃)，时间2小时，机械搅拌，搅拌速度64r/min，浸出完毕后，加入絮凝剂，加入量为0.1～0.5mg/L，继续搅拌2分钟，停止搅拌沉清，沉清后用φ800mm真空吸滤盘过滤，滤渣为弃渣，渣率4%，锌浸出率98.85%，浸出后液成份(g/L)Zn 20、Pb＜0.005，Fe＜0.001，Cu＜0.01，Cd＜0.005。
浸出后液杂质含量符合净化要求，直接进行电解，电解槽是研制的新型电解制粉槽，电解槽设计为旋转阴极，自动刮粉。根据工艺条件，在阴极析出的粉末，在一定的间隔时间内刮粉，随着刮粉频率的增加，锌粉的粒度随之变小。电解槽的尺寸为1200×600×600mm，几何容积432L，有效容积350L，阳极是纯铅管，直径为30mm，共72根，有效面积2.65m2，阴极是圆形纯铝板，直径1000mm，厚度为2.5mm共二片，有效面积为1.17m2，异极距50mm，电流密度，阳极160A/m2，阴极400A/m2，槽电压4.10V，电流效率89.8%，直流电耗3742KWh/tZn粉。电解液为浸出后液，电解时电解液自身循环，电解液的循环量为0.5L/min，锌离子浓度降到10g/L时返回浸出工序。电解时电解槽运行正常，刮粉效果很好，被刮下的锌粉积聚在电解槽底部，锌粉从槽的锥底排出。
产出锌粉经水洗，洗至用10%的BaCl检验无硫酸根，水洗完毕后用酒精洗涤锌粉中的水份，然后在真空干燥箱中干燥，真空度为650～700mm汞柱，干燥温度40℃，时间4～5小时。
真空干燥后的锌粉、化学成份%锌全97.85有效锌96.98、Pb 0.15、Fe＜0.01，Cd＜0.001，酸不溶物，无，锌粉粒度≤50μm，锌粉形状为树枝状和片状，比表面积2.37m2/g，松装密度0.45g/Cm2，全流程锌总回收率97.47%。
权利要求
1.一种电解法从含锌物料中生产锌粉的方法，发明的特征在于浸出过程采用铵盐(即NH4Cl、(NH4)2SO4或(NH4)2CO3)和氨水作为浸出剂，以及在氨络合物体系中进行电解的方法。
2.根据权利要求1所述的浸出电解法，其特征在于浸出过程采用的操作条件是浸出液成分铵盐150～300g/L、游离氨6～100g/L;浸出液固比20～6∶1;浸出溶液温度常温(10～30℃);浸出时间1～3小时;机械搅拌转速50～300r/min。
3.根据权利要求1所述的浸出电解法，其特征在于氨络合物体系电解过程采用的阳极电流密度为150～200A/m2、阴极电流密度为200～1000A/m2、阴阳极距为50mm、电解液温度为常温、电解液锌离子浓度为10～30g/L、刮粉频率为10～30次/时、槽电压3.6～4.3伏。
全文摘要
本发明是一种采用浸出电解法从含锌物料中生产锌粉的方法，发明的特征在于浸出过程采用铵盐和氨水作为浸出剂，在氨络合物体系中进行电解的方法，与目前采用碱浸电解法相比，可取消在浸出前的预脱阴离子杂质工序，浸出电解过程均在常温下进行，具有流程短、金属回收率高、成本低、锌粉质量好等优点，可用于处理各类锌渣、热镀锌渣，生产保险粉产出的氢氧化锌渣等生产锌粉。
文档编号C25C1/16GK1069297SQ9110524
公开日1993年2月24日 申请日期1991年8月2日 优先权日1991年8月2日
发明者江培海, 胡敏, 张寅生 申请人:北京矿冶研究总院