[發(fā)明專利]一種用超聲波凈化硫酸鋅溶液的方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010670852.7
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111705213A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永佳;雷霆;楊志鴻;劉捷
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明冶金高等專科學(xué)校
• 主分類號: C22B3/46
• 分類號: C22B3/46;C22B3/02;C22B19/20
• 代理公司: 北京康達聯(lián)禾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11461
• 代理人: 郭普堂

本發(fā)明公開了一種用超聲波凈化硫酸鋅溶液的方法及裝置，該方法過程：硫酸鋅溶液依次經(jīng)過一段凈化、二段凈化、三段凈化，在三個凈化階段的過程中用超聲波射入溶液。凈化過程中利用超聲波對硫酸鋅溶液進行超聲波照射，使超聲波射入硫酸鋅溶液，在溶液中產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)，伴隨產(chǎn)生的高速射流去除硫酸鋅溶液中包裹在鋅粉表面的鈍化膜，使鋅粉始終保持新鮮的活性表面，從而強化鋅粉置換反應(yīng)的作用過程。本發(fā)明方法用超聲波改善凈化效果，可明顯降低鋅粉用量、提高置換反應(yīng)效率、降低溶液中雜質(zhì)含量和降低濕法煉鋅的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濕法煉鋅中硫酸鋅溶液的凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用超聲波凈化硫酸鋅溶液的方法及裝置。

背景技術(shù)

金屬鋅具有良好的壓延、耐磨和抗腐性，能與多種金屬制成性能更加優(yōu)良的合金，鋅的消費僅次于銅和鋁，鋅主要用于鍍鋅(46％)、制造銅合金(15％)、制造鋅合金(15％)、氧化鋅類產(chǎn)品(11％)、制造電池(13％)等。

鋅主要采用濕法的方法制取，隨著鋅金屬資源的日益匱乏以及鋅消費量的增加，如何降低濕法煉鋅的成本和鋅金屬的二次利用顯得尤其重要。

鋅浸出液是生產(chǎn)電解鋅的中間原料，含有大量雜質(zhì)，如：Cu、Cd、Ni、Co、Ge、Sb等，這些雜質(zhì)對后續(xù)電解工序的電流效率及電解鋅的質(zhì)量影響很大。為了除去這些雜質(zhì)在凈化過程中需大量使用高質(zhì)量的鋅粉，由于鋅粉消耗在鋅冶金加工成本中約占20％，并且鋅粉實際消耗為理論消耗量的數(shù)10倍到上100倍，因此，保持鋅粉活性、降低鋅粉用量，對于鋅冶金而言具有重要的作用。

在鋅焙砂浸出液中，雜質(zhì)主要為兩類，第一類為影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)如Fe、Cu、Cd，第二類為影響電積過程雜質(zhì)如As、Sb、Ni、Co、Ge、F和Cl等。第一類雜質(zhì)中的Fe在浸出末期已通過調(diào)整溶液的pH值水解除去，對于Cu和Cd，一般采用電爐鋅粉進行置換沉淀去除，這一操作在凈化的第一階段完成；對于第二類雜質(zhì)中的As、Sb、Ge、In基本上隨Fe中和水解一起被水解、吸附而除去，溶液中殘留難水解的Ni和Co，尤其是Co很難除去，為盡可能的除去溶液中的Ni、Co，大多采用銻鹽凈化工藝，在鋅粉作為還原劑的條件下，利用銻鹽(包括酒石酸銻鉀、銻白等銻化合物)除鎳鈷，這一操作在凈化的第二階段完成。

銻鹽除鈷工藝，通過鋅粉發(fā)生置換反應(yīng)，將硫酸鋅溶液電位降低并維持在較負的電位區(qū)，使鈷離子與銻鹽反應(yīng)，生成CoSb化合物。當鋅粉的活性和量都足以維持低的電位區(qū)(-1.0～-0.5V)時，CoSb穩(wěn)定存在，當鋅粉置換反應(yīng)不足以維持低的電位區(qū)時，CoSb又發(fā)生復(fù)溶，為了防止CoSb的復(fù)溶就需要大量補充鋅粉。鋅粉在除Ni、Co中的用量占鋅粉總耗量的80％以上，而在除Co過程中的鋅粉用量占總鋅粉用量的60％左右。因此，如何提高鋅粉活性對硫酸鋅溶液凈化過程的節(jié)能降耗至關(guān)重要。

研究表明，鋅粉顆粒進入硫酸鋅溶液后，與溶液中的Ni和Co離子接觸，在鋅粉顆粒表面發(fā)生置換反應(yīng)，置換出的金屬鎳和鈷等雜質(zhì)以固態(tài)的形式殘留在鋅粉顆粒表面，隨著置換反應(yīng)的進行，整個鋅粉顆粒表面全被Ni和Co所覆蓋，造成包裹的內(nèi)部鋅粉不能被有效利用，從而造成鋅粉消耗量大、成本高。

同時，鋅粉置換反應(yīng)將溶液中的氫離子還原成氫氣，溶液pH值趨向上升，促使堿式鋅鹽(包括Zn(OH)2)生成，在鋅粉表面形成鈍化膜，使鋅粉降低或失去活性。為減弱或消除堿式鋅鹽鈍化膜的負面影響，銻鹽除鎳鈷工藝需采用高強度機械攪拌，pH控制在3～5、溫度控制在75℃～85℃，但鋅粉實際消耗依然為理論消耗的100～200倍，占到電鋅產(chǎn)量的3～5％。

在第二段凈化完成后為了除去復(fù)溶的雜質(zhì)，還需采取第三階段凈化，繼續(xù)加鋅粉置換除雜。在硫酸鋅溶液的凈化的三個階段都需添加高質(zhì)量的鋅粉，因此，在硫酸鋅溶液凈化過程中使鋅粉保持活性、提高置換反應(yīng)的效率一直是濕法煉鋅行業(yè)研究和有待突破的關(guān)鍵技術(shù)。

針對硫酸鋅溶液凈化工序，本發(fā)明在大量實驗的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種用超聲波凈化硫酸鋅溶液的方法及裝置，旨在改善溶液中鋅粉活性、提高置換反應(yīng)效率、降低溶液中雜質(zhì)含量和降低濕法煉鋅的生產(chǎn)成本等。