一種低槽壓電解鋅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋅濕法冶金領(lǐng)域,具體涉及一種低槽壓的電解鋅方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鍍鋅產(chǎn)業(yè)、鋅合金產(chǎn)業(yè)、電池產(chǎn)業(yè)等迅速發(fā)展,世界各國(guó)對(duì)鋅的需求量越來(lái)越 大。中國(guó)作為主要的產(chǎn)鋅大國(guó),其中濕法冶金制鋅占鋅產(chǎn)量的80%以上。然而濕法冶金的 無(wú)效電能損耗達(dá)每年45億度,占葛洲壩年發(fā)電量的1/3,如何降低能耗成為了產(chǎn)業(yè)的一大 技術(shù)難題。
[0003] 以電解硫酸鋅為例,陰極反應(yīng)為:
[0004] Zn2+ + 2c~ ^ Zn E0 = -0.76V vs NHE (I)
[0005] 陽(yáng)極反應(yīng)為:
[0006] H,Og2H++-0,+2, =1.23V vs NHE (2) " 2
[0007] 陽(yáng)極析氧反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)電勢(shì)高達(dá)I. 23V,且氧氣在電極上的析出存在很大的超 電壓,實(shí)際生產(chǎn)時(shí)候陽(yáng)極反應(yīng)電勢(shì)在2V以上。目前用于工業(yè)生產(chǎn)的電解鋅工藝,普遍采用 硫酸電解液體系,用鉛銀合金作為陽(yáng)極材料,陽(yáng)極腐蝕較大,壽命短,特別是生產(chǎn)槽壓高達(dá) 3V以上,能耗巨大。
[0008] 本方案通過(guò)采用改變硫酸體系電解鋅的陽(yáng)極反應(yīng),提供了一種低槽壓的新型電解 鋅方法,在500A/m 2陰極電流密度下槽壓為2. 4V~2. 6V,預(yù)計(jì)節(jié)能20%以上。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明針對(duì)目前電解鋅產(chǎn)業(yè)槽壓高、能耗大的問(wèn)題,提出了一種低槽壓的電解鋅 新方法。本發(fā)明能在濕法冶金領(lǐng)域,解決電解鋅能耗大的難題,以適應(yīng)工業(yè)化低能減排的生 產(chǎn)發(fā)展需求。
[0010] 一種低槽壓的電解鋅方法,其特征在于,步驟如下:
[0011] ⑴新液的制備:采用稀硫酸浸取氧化鋅原礦,浸出的新液為含鋅量70~80g/L, 含硫酸量150~160g/L ;;凈化后的新液要求達(dá)到:Cd〈0. 5mg/L,Cu〈0. lmg/L,Co〈0. 2mg/L, Fe〈15mg/L,As〈0.0 lmg/L ;
[0012] (2)電解液的混合:將新液、硫酸和通過(guò)導(dǎo)流槽循環(huán)利用的電解廢液三者在混合 池中機(jī)械混合,并配入碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈醇或碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸,使碳 鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈醇或碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸含量80~100g/L,物理機(jī)械混 合后得到最終的電解液,進(jìn)入電解池進(jìn)行電解鋅過(guò)程;
[0013] 采用鋁板陰極,采用鈦基陽(yáng)極極板,陽(yáng)極催化劑為Pt系催化劑,陰極和陽(yáng)極的極 板間距為30~100謹(jǐn);
[0014] 陰極電流密度為200~1000A/m2,電解液溫度為30~40攝氏度,槽壓2. 4V~ 2. 6V,析出周期為8~48小時(shí);
[0015] 通過(guò)調(diào)控新液和硫酸的添加量,控制通過(guò)導(dǎo)流槽流入混合池的廢液量,電解液廢 液的含鋅量為50~60g/L,電解液含硫酸量180~200g/L,碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈醇 或碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸含量60~80g/L。
[0016] 本發(fā)明采用碳鏈為Cl~C4有機(jī)直鏈醇或有機(jī)直鏈酸的電催化氧化過(guò)程作為電解 鋅陽(yáng)極氧化過(guò)程,其反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位較水的氧化析氧電位低。以甲酸和甲醇為例,具體反應(yīng) 和理論數(shù)據(jù)如下所示:
[0017] 甲醇氧化反應(yīng):
[0018] CH30H+H20 - C02+6H++6e- Eci= 0· 016V vs NHE (標(biāo)準(zhǔn)氫電極)
[0019] 甲酸氧化反應(yīng):
[0020] HCOOH - C02+2H++2e- E〇= -〇· 25V vs NHE (標(biāo)準(zhǔn)氫電極)
[0021] 表1電極反應(yīng)的理論電勢(shì)
[0022]
[0023] 其中:甲醇氧化和甲酸氧化的槽壓由陽(yáng)極反應(yīng)電勢(shì)與析氧電勢(shì)差值計(jì)算而得。
[0024] 本發(fā)明采用的新型低槽壓電解鋅的新方法,采用在電解液中添加一定濃度的碳鏈 為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直鏈醇,利用Cl~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直鏈醇的氧化 反應(yīng)電勢(shì)低于陽(yáng)極析氧反應(yīng)電勢(shì)的原理,使陽(yáng)極反應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行有機(jī)物氧化反應(yīng),從本質(zhì)上 改變了電極反應(yīng)過(guò)程,從而降低反應(yīng)體系的槽壓。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:利用電解液中添加了碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直 鏈醇改變了電解鋅陽(yáng)極的反應(yīng),且Cl~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直鏈醇的電催化氧化反應(yīng) 具有比傳統(tǒng)電解鋅陽(yáng)極析氧反應(yīng)更低的電勢(shì),從而使得槽壓降低,能有效減緩了電解過(guò)程 中能耗大的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是電解鋅流程圖;
[0027] 圖2是本發(fā)明與傳統(tǒng)電解鋅方法效果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明的核心為提供一種新型電解鋅的生產(chǎn)方法,使用該電解鋅的方法進(jìn)行生 產(chǎn),從而達(dá)到節(jié)約能耗,降低成本的目的。
[0029] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 以下為本發(fā)明的其中一種具體實(shí)施例,結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明,但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。請(qǐng)參考附圖1的電解鋅的生產(chǎn)流程圖。
[0031] 實(shí)施例:
[0032] 新型低槽壓電解鋅方法,包括浸鋅、混液、電解、廢液控制步驟,其具體過(guò)程如附圖 1所示的流程圖。
[0033] 浸鋅步驟為,采用稀硫酸浸取氧化鋅原礦,浸出的新液為含鋅量70~80g/L,電解 液含硫酸量150~160g/L。凈化后的新液要求達(dá)到:Cd〈0. 5mg/L,Cu〈0. lmg/L,Co〈0. 2mg/ L,F(xiàn)e〈15mg/L,As〈0. 01mg/L〇
[0034] 混合步驟為,將新液、硫酸和通過(guò)導(dǎo)流槽循環(huán)利用的電解廢液三者在混合池中機(jī) 械混合,并配入甲醇,使甲醇含量80~100g/L,物理機(jī)械混合后得到最終的電解液,進(jìn)入電 解池進(jìn)行電解鋅過(guò)程。
[0035] 電解步驟為,采用鋁陰極極板,鈦基陽(yáng)極極板,陽(yáng)極涂覆Pt系催化劑。Pt系催化劑 具體為:將Pt質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的碳載鉑催化劑,分散于乙醇中,配置成碳載鉑含量為Img/ ml的溶液。將碳載鉑含量為lmg/ml的催化劑溶液,均勻涂覆在極板上,碳載鉑催化劑涂覆 量為lg/m2。相鄰陰陽(yáng)電極間距為75mm,電解液溫度為30~40°C,陰極電流密度500A/m 2, 電解槽壓為2. 5V,析出周期為24h。
[0036] 通過(guò)調(diào)控新液、硫酸和甲醇的添加量,控制循環(huán)體系中通過(guò)導(dǎo)流槽流入混合池的 廢液量,調(diào)節(jié)最終電解液廢液的含鋅量為50~60g/L,電解液含硫酸量180~200g/L,甲醇 含量60~80g/L。循環(huán)使用,通過(guò)控制新液、硫酸、甲醇的添加量,和調(diào)節(jié)循環(huán)體系中導(dǎo)流槽 流入混液池的廢液量,使得最終電解廢液的含量保持穩(wěn)定。
[0037] 對(duì)比例:
[0038] 浸鋅步驟為,采用稀硫酸浸取氧化鋅原礦,浸出的新液為含鋅量70~80g/L,電解 液含硫酸量150~160g/L。凈化后的新液要求達(dá)到:Cd〈0. 5mg/L,Cu〈0. lmg/L,Co〈0. 2mg/ L,F(xiàn)e〈15mg/L,As〈0. 01mg/L〇
[0039] 混合步驟為,將新液、硫酸和通過(guò)導(dǎo)流槽循環(huán)利用的電解廢液三者在混合池中機(jī) 械混合,得到最終的電解液,進(jìn)入電解池進(jìn)行電解鋅過(guò)程。
[0040] 電解步驟為,采用鋁陰極極板,鈦基陽(yáng)極極板,陽(yáng)極涂覆Pt系催化劑。相鄰陰陽(yáng)電 極間距為75mm,電解液溫度為30~40°C,陰極電流密度500A/m 2,電解槽壓為3. 3V,析出周 期為24h。
[0041] 通過(guò)調(diào)控新液和硫酸的添加量,控制循環(huán)體系中通過(guò)導(dǎo)流槽流入混合池的廢液 量,調(diào)節(jié)最終電解液廢液的含鋅量為50~60g/L,電解液含硫酸量180~200g/L。循環(huán)使 用,通過(guò)控制新液、硫酸的添加量,和調(diào)節(jié)循環(huán)體系中導(dǎo)流槽流入混液池的廢液量,使得最 終電解廢液的含量保持穩(wěn)定。
[0042] 實(shí)驗(yàn)組新型低槽壓電解鋅方法與對(duì)照組傳統(tǒng)電解鋅方法對(duì)比如附圖2所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低槽壓的電解鋅方法,其特征在于,步驟如下: (1) 新液的制備:采用稀硫酸浸取氧化鋅原礦,浸出的新液為含鋅量70~80g/L,含 硫酸量 150 ~160g/L;凈化后的新液要求達(dá)到:Cd〈0. 5mg/L,Cu〈0.lmg/L,Co〈0. 2mg/L, Fe〈15mg/L,As〈0.Olmg/L; (2) 電解液的混合:將新液、硫酸和通過(guò)導(dǎo)流槽循環(huán)利用的電解廢液三者在混合池中 機(jī)械混合,并配入碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈醇或碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸,使碳鏈為 Cl~C4的有機(jī)直鏈醇或碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸含量80~100g/L,物理機(jī)械混合后 得到最終的電解液,進(jìn)入電解池進(jìn)行電解鋅過(guò)程; 采用鋁板陰極,采用鈦基陽(yáng)極極板,陰極和陽(yáng)極的極板間距為30~IOOmm; 陰極電流密度為200~1000A/m2,電解液溫度為30~40攝氏度,槽壓2. 4V~2. 6V, 析出周期為8~48小時(shí); 通過(guò)調(diào)控新液和硫酸的添加量,控制通過(guò)導(dǎo)流槽流入混合池的廢液量,電解液廢液的 含鋅量為50~60g/L,電解液含硫酸量180~200g/L,碳鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈醇或碳 鏈為Cl~C4的有機(jī)直鏈酸含量60~80g/L。
【專利摘要】一種低槽壓電解鋅的方法涉及鋅濕法冶金領(lǐng)域,解決電解鋅能耗大的難題,以適應(yīng)工業(yè)化低能減排的生產(chǎn)發(fā)展需求。本發(fā)明采用在電解液中添加一定濃度的碳鏈為C1~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直鏈醇,利用C1~C4的有機(jī)直鏈酸或有機(jī)直鏈醇的氧化反應(yīng)電勢(shì)低于陽(yáng)極析氧反應(yīng)電勢(shì)的原理,使陽(yáng)極反應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行有機(jī)物氧化反應(yīng),從本質(zhì)上改變了電極反應(yīng)過(guò)程,從而降低反應(yīng)體系的槽壓,能有效減緩了電解過(guò)程中能耗大的問(wèn)題。
【IPC分類】C25C1/16
【公開(kāi)號(hào)】CN104911630
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510236913
【發(fā)明人】王義智, 黃一兵, 李釩
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué), 長(zhǎng)沙璞榮化工有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日