專利名稱：：一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝，主要用于從工業(yè)廢渣中回收制備高純鋅。(二)
背景技術(shù)：
電解精煉工藝由于工藝流程短，設(shè)備投資小，電流效率高，電能消耗低而受到廣泛的關(guān)注。電解槽中的陽極采用可溶性金屬時(shí)，通過陽極上的金屬離子電解進(jìn)入電解液，不斷補(bǔ)充電解液中金屬離子由于在陰極析出的消耗。如果金屬在陽極上的溶解量與在陰極上析出量不平衡，電解溶液中金屬離子的濃度就會(huì)發(fā)生變化，這種變化隨著電解的進(jìn)行會(huì)越來越大，最后導(dǎo)致電解體系的崩潰。通常，可溶性陽極同時(shí)發(fā)生化學(xué)溶解和電化學(xué)溶解，其電流效率高于100%，而金屬的陰極析出往往伴隨著氫氣的竟?fàn)幬龀龊碗s質(zhì)離子共沉積，金屬在陰極沉積的電流效率往往低于100%,因而隨著電解的進(jìn)行，電解液中金屬離子的濃度不斷提高。電解槽中的陽極采用不溶性陽極時(shí)，陽極反應(yīng)一般為氣體的氧化析出(如氧氣、氯氣)；電解液中金屬離子會(huì)隨著陰極過程進(jìn)行而不斷降低，因此，不斷往電解槽中添加金屬離子才能保證較高的電流效率和提純金屬的質(zhì)量。Zn2+-NHrNH4Cl-H20電解液體系在鋅金屬的濕法冶金領(lǐng)域顯示出了極大的潛力。該體系對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，尤其在處理硅、氯、鈣等雜質(zhì)含量高的原料時(shí)，直接浸出時(shí)只有能與氨形成配合物的金屬才能溶解，最常見的雜質(zhì)鐵不能浸出，大大降低凈化負(fù)擔(dān)；電積過程中陽極材料采用釕鈦陽極，不會(huì)對(duì)陰極鋅產(chǎn)生污染，而且電耗為2400-2600kWh，比傳統(tǒng)的硫酸體系節(jié)省電耗20%左右，另外，氨-氯化銨體系鋅不發(fā)生反溶，陰極鋅的剝落也簡(jiǎn)易方便。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是綜合不溶性陽極電解槽和熔鑄溶解性陽極電解槽的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化工藝過程，提高金屬鋅的回收率，降低能量消耗，提供一種一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝，電解槽由主精煉槽和副提純槽組成，所述主精煉槽以需要提純的鋅渣澆鑄得到的鋅板(通常采用熔融工業(yè)廢鋅渣澆鑄的鋅板)為陽極、以鋁板為陰極，所述副提純槽以不溶性涂釕鈦板(通常是鈥板表面涂覆Ru02,可采用市購(gòu)商品)為陽極、以鋁板為陰極，所述主精煉槽和副提純槽通過管路連通，以Zn2+-NH3-NH4C1-H20溶液體系為電解液，同時(shí)在主精煉槽和副提純槽中進(jìn)行電解反應(yīng)，于主精煉槽和副提純槽陰極板上得到提純后的陰極鋅產(chǎn)品；所述電解液中NH3濃度為1.5~2.5mol/L,NH4C1濃度為1.52.5mol/L，Zn2+濃度為0.30.4mol/L。本發(fā)明工藝旨在通過平衡電解精煉過程中溶液的鋅濃度,確保電解精煉長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提高金屬鋅的回收率，采用不溶性陽極和熔鑄溶解性陽極雙槽并行電解工藝進(jìn)行工業(yè)鋅廢渣的綜合回收。主精煉槽電解液中的鋅離子主要來源于陽極鋅的溶解；副提純槽電解液中的鋅離子主要來源于主精煉槽，副提純槽的目的主要是平衡電解液中的鋅離子濃度和溶液中的pH，同時(shí)提高金屬鋅的總回收率。電解過程定期進(jìn)行檢測(cè)電解液pH值和氨水的濃度。為了降低氨水的揮發(fā)，應(yīng)在電解槽上方加蓋密封裝置。定期過濾分離電解槽底部的陽極，以保證陰極鋅的質(zhì)量。其運(yùn)行周期可為16天，即持續(xù)電解精煉16天后，剝下陰極板表面的鋅塊，此外，電解精煉過程中還應(yīng)更換陽極，更換下來的陽極經(jīng)過清洗、晾干、除去表面附著物，可以重新熔融制成新的陽極板。該主電解精煉過程鋅渣中鋅金屬的回收率為80%左右。為獲得結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、雜質(zhì)含量少的優(yōu)質(zhì)鋅，所述電解液中還可加入明膠和十二烷基苯磺酸鈉作為混合添加劑，明膠添加量為0.1g/L,十二烷基苯磺酸鈉添加量為0.05g/L。所述電解過程可按照本領(lǐng)域常規(guī)條件進(jìn)行，優(yōu)選的，所述主精煉槽電解過程參數(shù)如下溫度3040。C,同極間距1214cm,電流密度200~300A/cm2,槽電壓0.91.1V。所述副^是純槽電解過程參數(shù)如下溫度30~40°C,同極間距1416cm,電流密度150200A/cm2,槽電壓優(yōu)選的，所述電解液中NH3初始濃度為2.0mol/L，NH4C1初始濃度為2.0mol/L,Zn"初始濃度為0.31mol/L,由于電解過程中陽極上會(huì)析出氮?dú)?，因此電解過程中定時(shí)補(bǔ)加氨水維持NH3濃度為2.0mol/L。為保持電解精煉過程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，維持電解液中鋅離子濃度和電解液酸堿度的穩(wěn)定，本發(fā)明在熔鑄溶解性陽極主電解精煉的同時(shí)，并行釆用不溶性陽極的電解副提純槽。通過不溶性陽極副提純槽的電解，消耗電解液中不斷增多的鋅離子，并保持pH穩(wěn)定。采用釘鈦合金作為不溶性陽極，在該電極發(fā)生的反應(yīng)為氮?dú)馕龀龇磻?yīng)，會(huì)消耗電解液中的氨，可以定期補(bǔ)加氨水來平衡。氮?dú)獾奈龀鲭娢粸?.1V左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氧氣的析出電位，為此，該工藝的電能消耗比傳統(tǒng)的硫酸體系電解生產(chǎn)金屬鋅節(jié)約25%。該電解槽溢出的低鋅離子濃度的電解液可以循環(huán)用于陽極泥的浸出，浸出液返回副提純槽電解回收陰極鋅。這樣，陽極泥的浸出率達(dá)90%，鋅渣中鋅金屬的總的回收率可達(dá)95%。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在采用不溶性陽極和熔鑄溶解性陽極雙槽并行在Zn2+-NH3-NH4C1-H20電解液體系電解提純金屬鋅，一方面保證熔鑄溶解性陽極電解槽工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備才殳資省，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，另一方面通過不溶性陽極電解槽平行運(yùn)行，來平衡電解液中的鋅濃度，提高含鋅廢渣中鋅金屬的回收率。采用雙槽電解工藝可以循環(huán)利用電解液，充分消耗熔鑄陽極和陽極泥中的金屬，既符合環(huán)保要求，又有較高的經(jīng)濟(jì)效益。(四)圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為熔鑄鋅渣的能譜圖(EDS);圖3為Ru02-Ti陽4及的XRD圖；圖4為可溶性陽極電解陰極鋅的能譜圖；圖5為不可可溶性陽極電解陰極鋅的能i普?qǐng)D；具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1:1、熔鑄鋅陽極板圖2為熔鑄鋅渣的能譜圖(EDS)，結(jié)果表明熔融工業(yè)鋅渣中的雜質(zhì)主要為鋁、鐵、氧、硅、鈣。具體的含量如表l所示。對(duì)熔鑄影響最為顯著的鐵含量不高。因此，將鋅渣在還原氣氛中加熱到600°C,可以直接澆鑄成陽極板。模具的規(guī)格為8cmx8cmxlcm(長(zhǎng)度x寬度x厚度)。表l:熔鑄鋅渣中各種雜質(zhì)及其含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2、鈦鍍釕不溶性陽極不溶性陽極電解槽的陽極采用鈦鍍釕合金。圖3為Ru02-Ti陽極(陜西開達(dá)化工有限責(zé)任公司產(chǎn)品)的XRD圖，Ru02、Ti02和Ti都分別在26.5。，35。，37.5。和55。有明顯的特征峰。說明電極材料成份主要是以鈦為基體，表面涂覆了Ru02和Ti02微晶混合物的尺寸穩(wěn)定陽極。實(shí)施例2:雙槽并行電解提純金屬鋅雙槽并行電解的周期設(shè)定為1天，溶解陽極采用實(shí)施例1制備的陽極板，陰極板采用純鋁板，規(guī)格為10cmx10cmxlcm(長(zhǎng)度x寬度x厚度)，電解液的組成為氨水(25wt。/。)2mol/L,氯化銨2mol/L,鋅離子濃度20g/L;添加劑為明膠和十二烷基苯石黃酸鈉的混合添加劑，添加量分別為0.1g/L和0.05g/L。不溶性陽極材料釆用實(shí)施例1釕鈦陽極，不溶性陽極的規(guī)格為12cmx12cmx0.3cm(長(zhǎng)度x寬度x厚度)，陰極板采用鋁板作為陰極板，其規(guī)格為10cmx10cmxlcm(長(zhǎng)度x寬度x厚度)，電解液與熔鑄鋅渣電解相接，為同一種電解液，電解過程的試驗(yàn)參數(shù)如表2所示?？扇苄躁枠O電解過程中產(chǎn)生一定量的陽極泥中(約5wt。/。)，其中，鋅的含量約為20wt%,雜質(zhì)鋁和鐵的含量分別高達(dá)15wt。/。和7.8wt%,這表明電解過程中鋅渣中的雜質(zhì)大部分都進(jìn)入了陽極泥中。綜合核算電解過程中的各種技術(shù)參數(shù)，具體結(jié)果如表3所示。表2:雙槽并行電解工藝參數(shù)的設(shè)定<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖4和圖5分別為雙槽并行電解過程中可溶性陽極電解何不可溶性陽極電解得到的陰極鋅的能譜分析結(jié)果可以看出，在陰極鋅上已經(jīng)檢測(cè)不到鋅渣中的鐵，鈣，硅等雜質(zhì)，產(chǎn)品中只含有微量的鋁。其中，鋅的含量分別可達(dá)99.89°/0和99.90%。實(shí)施例3:雙槽并行電解的周期設(shè)定為3天，其他條件與實(shí)施例2相同?？扇苄躁枠O電解過程中產(chǎn)生一定量的陽極泥中(約10wt%)，其中，鋅的含量約為25wt%,雜質(zhì)鋁和鐵的含量分別達(dá)15wt。/。和9.3wt%。陰極鋅的純度與實(shí)施例2所得結(jié)果基本保持相同，但陰極鋅表面的粗糙程度要高于實(shí)施例2所得陰極鋅。表4:雙槽并行電解技術(shù)指標(biāo)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>綜合核算電解過程中的各種技術(shù)參數(shù)，具體結(jié)果如表4所示?？梢?，與實(shí)施例2比較，可溶性陽極電解槽中陰極電流效率略有降低，電能消耗略有升高，產(chǎn)生的廢渣率卻有明顯降低，鋅的直收率略有降低，不溶性陽極電解過程的電流效率基本不變，電能消耗略有升高，雙槽并行電解的鋅的總回收率仍然保持在94%。實(shí)施例4:雙槽并行電解的周期設(shè)定為5天，其他條件與實(shí)施例2相同?？扇苄躁枠O電解過程中產(chǎn)生一定量的陽極泥中(約llwt。/c)),其中，鋅的含量約為24.5wt%,雜質(zhì)鋁和4失的含量分別達(dá)15.6wt。/。和9.7wt%。所得陰4及鋅的品質(zhì)與實(shí)施例3基本相同。綜合核算電解過程中的各種技術(shù)參數(shù)，具體結(jié)果如表5所示?？梢?，與實(shí)施例3相比，所有的技術(shù)指標(biāo)結(jié)果基本相同，這表明雙槽并行電解工藝的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)趨于穩(wěn)定。表4:雙槽并行電解技術(shù)指標(biāo)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝，電解槽由主精煉槽和副提純槽組成，所述主精煉槽以需要提純的鋅渣澆鑄得到的鋅板為陽極、以鋁板為陰極，所述副提純槽以不溶性涂釕鈦板為陽極、以鋁板為陰極，所述主精煉槽和副提純槽通過管路連通，以Zn2+-NH3-NH4Cl-H2O溶液體系為電解液進(jìn)行電解，于主精煉槽和副提純槽陰極板上得到陰極鋅；所述電解液中NH3濃度為1.5～2.5mol/L，NH4Cl濃度為1.5～2.5mol/L，Zn2+濃度為0.3～0.4mol/L。2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述電解液中還加入明膠和十二烷基苯磺酸鈉添加劑，明膠添加量為O.lg/L,十二烷基苯石黃酸鈉添加量為0.05g/L。3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于所述主精煉槽電解過程參數(shù)如下溫度3040。C,同極間距12~14cm,電流密度200300A/cm2，槽電壓0.91.1V。4.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于所述副提純槽電解過程參數(shù)如下溫度3040。C,同極間距14~16cm,電流密度150200A/cm2,槽電壓3.03.3V。5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于以熔融工業(yè)廢鋅渣澆鑄的鋅板為主精煉槽的陽極。6.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述電解液中NHs初始濃度為2.0mol/L,NH4Cl初始濃度為2.0mol/L,Zn2+初始濃度為0.31mol/L,電解過程中定時(shí)補(bǔ)加氨水維持NH3濃度為2.0mol/L。7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于副提純槽中產(chǎn)生的部分低鋅離子濃度的電解液用于主精煉槽電解產(chǎn)生的廢陽極和陽極泥的浸出，浸出液返回副提純槽電解回收陰極鋅。全文摘要本發(fā)明提供了一種雙槽并行電解提純金屬鋅工藝，電解槽由主精煉槽和副提純槽組成，所述主精煉槽以需要提純的鋅渣澆鑄得到的鋅板為陽極，所述副提純槽以不溶性釕鈦合金為陽極，同時(shí)在主精煉槽和副提純槽中以Zn²⁺-NH₃-NH₄Cl-H₂O溶液體系為電解液進(jìn)行電解反應(yīng)，于主精煉槽和副提純槽陰極板上得到提純后的鋅(陰極鋅)。本發(fā)明采用不溶性陽極和熔鑄溶解性陽極雙槽并行電解提純金屬鋅，一方面具有熔鑄溶解性陽極電解槽工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資省、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，另一方面通過不溶性陽極電解槽平行運(yùn)行，來平衡電解液中的鋅濃度，提高含鋅廢渣中鋅金屬的回收率，可以循環(huán)利用電解液，充分消耗熔鑄陽極和陽極泥中的金屬，既符合環(huán)保要求，又有較高的經(jīng)濟(jì)效益。文檔編號(hào)C25C1/00GK101265590SQ20081006095公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年4月11日優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日發(fā)明者鄭華均,顧正海申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)