專利名稱：一種熔鑄鋅渣提純鋅的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬的回收，特別是從熔鑄鋅渣中提取高純度鋅的工藝。
背景技術(shù)：
鋅是一種重要的有色金屬，廣泛應(yīng)用于電鍍、鋼鐵的熱鍍以及鋅錳干電池原料等。鋅生產(chǎn)和加工的過程中產(chǎn)生了大量的鋅渣。隨著礦資源的不斷減少和環(huán)境保護(hù)的要求，從鋅渣中回收金屬鋅顯得十分重要。
當(dāng)前，世界鋅產(chǎn)量的80％都是采用硫酸體系的濕法冶金工藝。該體系存在明顯的不足如浸出液中雜質(zhì)金屬離子種類多，含量高，進(jìn)而導(dǎo)致凈化負(fù)擔(dān)重，工藝復(fù)雜。電積階段能耗高；陰極鋅容易發(fā)生反溶，即出現(xiàn)“燒板”現(xiàn)象；由于通常采用鉛銀合金作為陽極材料，很容易導(dǎo)致陰極鋅的含鉛量超標(biāo)；另外，設(shè)備的耐腐蝕性要求高等。
一般濕法冶金工藝的流程主要包括浸出，凈化，電解，陰極熔鑄等階段。而熔鑄鋅渣中的鋅主要以金屬單質(zhì)的形式存在，含量通常高達(dá)94～96％左右，還有少量的氧化鋅以及少量的其他雜質(zhì)。如果采用傳統(tǒng)的硫酸體系濕法冶金工藝，浸出段將消耗大量的酸，而且電積能耗也過高，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種將熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，得到的鋅純度高，生產(chǎn)工藝的流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，電能消耗低，成本低，電解液可循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境污染少；陰極鋅容易剝離，勞動(dòng)強(qiáng)度低，也可以降低陰極板的損耗。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，將熔鑄鋅渣鑄為陽極板，以純鋁板為陰極，在電解液中電解，最終在陰極板上得到高純度的鋅，所述的電解液中每升含有1～3mol的氨、1～3mol的氯化銨以及0.075～0.3g的添加劑、40～60g的鋅離子，每升電解液中所述添加劑組成為0.05～0.2g明膠與0.025～0.1g十二烷基苯磺酸鈉的混合物。電解在下列條件下進(jìn)行控制溫度為10～50℃，同極間距為10～18cm，電流密度為200～600A/m2。。
采用熔鑄鋅渣直接熔鑄成鋅陽極板來電解精煉的工藝，其關(guān)鍵在于電解液體系的選擇。鋅渣陽極在強(qiáng)酸體系如ZnSO4-H2SO4體系、ZnCl2-HCl體系中的溶解速度過快，電解過程陽極的電流效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100％，最終的結(jié)果使得金屬鋅的回收率偏低；而且鋅渣陽極中的雜質(zhì)也較容易溶解到電解液中去，這也會(huì)影響陰極鋅的質(zhì)量。采用氨鹽體系進(jìn)行電解精煉可以解決鋅陽極溶解過快的問題，尤其對(duì)于含鐵量高的鋅渣原料，電解精煉的過程中，即使鐵發(fā)生氧化溶解也會(huì)隨即轉(zhuǎn)變成氨化磺鉀鐵礬而自動(dòng)沉淀，不對(duì)陰極電流效率和陰極鋅質(zhì)量產(chǎn)生影響。
對(duì)于鋅陽極板的熔鑄，雜質(zhì)含量較低且雜質(zhì)的種類相對(duì)較少的鋅渣，可以直接熔鑄成鋅陽極板，作為電解精煉的陽極材料；若是雜質(zhì)含量較高(主要指鐵)的鋅渣，一般可先經(jīng)過熔析精煉工藝，取上層比較高含量鋅原料熔鑄成陽極板。
進(jìn)一步，較好的電解條件是電解溫度為30℃，同極間距為12cm，電流密度控制在600A/m2。
電解周期以24h較好。
再進(jìn)一步，在電解液添加劑較好的添加量為明膠0.1g/L，十二烷基苯磺酸鈉0.05g/L。
所述的電解液中下列物質(zhì)的濃度優(yōu)選為氨2mol/L，氯化銨2mol/L，鋅離子濃度50g/L。
在配制電解液的過程中，可使用氨水來配制，優(yōu)選質(zhì)量濃度為25％的氨水。
隨著電解過程的進(jìn)行，電解液中的氨會(huì)不斷的揮發(fā)，要定期的檢測(cè)電解液的pH值，并補(bǔ)加氨水，為了降低氨水的揮發(fā)，應(yīng)在電解槽上方加上密封蓋。氨水濃度略大，對(duì)陰極鋅的沉積是有利的；但是氨水濃度過大，鋅渣陽極的溶解會(huì)加快，導(dǎo)致最終鋅的回收率降低。另外，為了保證陰極板附近鋅離子濃度的恒定和電解液中雜質(zhì)離子濃度保持在低水平，電解過程中，電解液要進(jìn)行循環(huán)和凈化，凈化的次數(shù)取決于鋅渣中雜質(zhì)含量的高低。
較為具體的，所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝為將熔鑄鋅渣熔鑄為陽極板，以純鋁板為陰極，在含有添加劑的電解液中，控制溫度為30℃，同極間距為12cm，電流密度為600A/m2，進(jìn)行電解，在陰極板上得到高純度的鋅，所述的電解液中每升含有2mol的氨、2mol的氯化銨以及50g的鋅離子，添加劑明膠在電解液中的含量為0.1g/L，添加劑十二烷基苯磺酸鈉的含量為0.05g/L。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果體現(xiàn)在將熔鑄鋅渣直接熔鑄成鋅渣陽極板，采用Zn-NH3-NH4Cl-H2O體系，在一定的電解液條件下進(jìn)行電解精煉制備高純鋅，大大縮短工藝流程，節(jié)約能耗，降低投資成本；得到的陰極鋅純度高(≥99.9％)，且容易剝離，勞動(dòng)強(qiáng)度低，降低了陰極板的損耗；電解液可以循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境無污染。


圖1為未提純?nèi)坭T鋅渣的能譜分析圖。
圖2為實(shí)施例1提純后陰極鋅的能譜圖。
圖3為實(shí)施例2提純后陰極鋅的能譜圖。
圖4為實(shí)施例2陰極鋅的XRD圖。
圖5為實(shí)施例3提純后陰極鋅的能譜圖。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此
實(shí)施例1對(duì)熔鑄鋅渣成分進(jìn)行能譜(EDS)分析，結(jié)果如圖1所示?？梢?，鋅渣中雜質(zhì)主要為鋁、鐵、氧、硅、鈣，具體的含量如表1所示，雜質(zhì)的含量并不高，尤其是對(duì)熔鑄影響最為顯著的鐵的含量不高。將鋅渣在還原的氣氛中加熱到600℃，直接澆鑄成陽極板，模具的規(guī)格為6cm×5cm×1cm(長(zhǎng)度×寬度×厚度)。
表1.熔鑄鋅渣中各種雜質(zhì)及其含量
以上述制備好的熔鑄鋅渣熔鑄的鋅版為陽極版，陰極板采用純鋁板，規(guī)格為5cm×5cm×1cm(長(zhǎng)度×寬度×厚度)，電解液中各組成物質(zhì)的濃度為氨水2mol/L，氯化銨2mol/L，鋅離子濃度50g/L，明膠0.1g/L，十二烷基苯磺酸鈉0.05g/L；電解參數(shù)為溫度30℃，同極間距12cm，電流密度200A/m2，電解24小時(shí)，電解過程中不需要攪拌。電解過程的電流效率為99.3％，得到的陰極鋅致密明亮，沒有枝狀和毛刺生長(zhǎng)。能譜分析的結(jié)果如圖2所示，其中雜質(zhì)的含量如表2所示。可見，與未提純的熔鑄鋅渣相比，陰極鋅產(chǎn)品中鐵、鈣、硅等雜質(zhì)已經(jīng)檢測(cè)不到，產(chǎn)品中只含有微量的鋁。
表2陰極鋅產(chǎn)品的分析結(jié)果
實(shí)施例2電解參數(shù)為電解溫度30℃，同極間距12cm，電流密度600A/m2，電解24小時(shí)，電解過程中不需要攪拌。其他同實(shí)施例1。
電解過程的電流效率為98.6％，得到的陰極鋅致密明亮，但陰極板上枝狀生長(zhǎng)的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。能譜分析的結(jié)果如圖3所示，組成如表3所示，可見，與實(shí)施例1得到的陰極鋅的分析結(jié)果相比并無太大變化。
圖4為陰極鋅產(chǎn)品的XRD分析結(jié)果，可以看出圖中各個(gè)角度特征峰幾乎全部為鋅元素的特征峰，一方面說明陰極鋅產(chǎn)品具有較高的純度；另一方面說明鋅在陰極板上的生長(zhǎng)呈現(xiàn)多方向性，而陰極鋅不會(huì)與陰極板高度粘結(jié)也主要是由于陰極板上初始形核和生長(zhǎng)的過程中形成了很多無需形核方向的結(jié)晶。
表3陰極鋅產(chǎn)品的分析結(jié)果
實(shí)施例3電解參數(shù)為電解溫度30℃，同極間距12cm，電流密度400A/m2，電解24小時(shí)，電解過程中不需要攪拌，其他條件與實(shí)施例1相同。
電解過程的電流效率為99.3％，得到的陰極鋅致密明亮，陰極板上有較輕微的結(jié)瘤生長(zhǎng)。能譜分析的結(jié)果如圖5所示，組成如表4，可見，與實(shí)施例1得到的陰極鋅的分析結(jié)果相比并無太大變化。
表7陰極鋅產(chǎn)品的分析結(jié)果
實(shí)施例4電解參數(shù)中電解液溫度設(shè)定為10℃，其他條件同實(shí)施例3。
電解過程開始的槽電壓與實(shí)施例3相比高出了0.3V，電解進(jìn)行了2小時(shí)后，槽電壓又升高了0.3V，熔鑄陽極的表面有大量的白色掛灰生成。電流效率并未受到較大影響，仍保持為99.3％，得到的陰極鋅的品質(zhì)與實(shí)施例3相比并無太大差別。
實(shí)施例5電解參數(shù)中電解液溫度設(shè)定為50℃，其他條件同實(shí)施例3。
電解過程開始的槽電壓與實(shí)施例3相比降低了0.1V左右，隨著電解過程的進(jìn)行槽電壓其本保持不變，熔鑄陽極的表面基本沒有白色掛灰生成。電流效率并未受到較大影響，保持在為99％左右，得到的陰極鋅的品質(zhì)與實(shí)施例3相比并無太大差別，但電解過程中氨的味道明顯加重。
實(shí)施例6電解參數(shù)中同極間距設(shè)定為18cm，其他條件同實(shí)施例3。
電解過程的槽電壓與實(shí)施例3相比升高了0.2V左右，隨著電解過程的進(jìn)行，槽電壓基本穩(wěn)定。得到的陰極鋅的品質(zhì)與實(shí)施例3并無明顯差別，電流效率也維持在99％左右。
權(quán)利要求
1.一種熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，將熔鑄鋅渣鑄為陽極板，以純鋁板為陰極，在電解液中電解，最終在陰極板上得到高純度的鋅，其特征在于所述的電解液中每升含有1～3mol的氨、1～3mol的氯化銨、0.075～0.3g的添加劑以及40～60g的鋅離子，每升電解液中所述添加劑組成為0.05～0.2g明膠與0.025～0.1g十二烷基苯磺酸鈉的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于電解在下列條件下進(jìn)行控制溫度為10～50℃，同極間距為10～18cm，電流密度為200～600A/m2。
3.如權(quán)利要求2所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的電解溫度為30℃。
4.如權(quán)利要求2所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的同極間距為12cm。
5.如權(quán)利要求2所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的電流密度控制在400A/m2。
6.如權(quán)利要求1所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的電解周期為24h。
7.如權(quán)利要求1所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于電解液中明膠的添加量為0.1g/L，所述的十二烷基苯磺酸鈉的添加量為0.05g/L。
8.如權(quán)利要求1～6之一所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的電解液中下列物質(zhì)的濃度為氨2mol/L，氯化銨2mol/L，鋅離子濃度50g/L。
9.如權(quán)利要求1所述的熔鑄鋅渣提純鋅的工藝，其特征在于所述的工藝為將熔鑄鋅渣熔鑄為陽極板，以純鋁板為陰極，在含有添加劑的電解液中，控制溫度為30℃，同極間距為12cm，電流密度為600A/m2，進(jìn)行電解，在陰極板上得到高純度的鋅，所述的電解液中每升含有2mol的氨、2mol的氯化銨以及50g的鋅離子，明膠在電解液中的含量為0.1g/L，十二烷基苯磺酸鈉的含量為0.05g/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬的回收，特別是從熔鑄鋅渣中提取高純度鋅的工藝。將熔鑄鋅渣鑄為陽極板，以純鋁板為陰極，在電解液中電解，最終在陰極板上得到高純度的鋅，所述的電解液中每升含有1～3mol的氨、1～3mol的氯化銨、0.075～0.3g的添加劑以及40～60g的鋅離子，每升電解液中所述添加劑組成為0.05～0.2g明膠與0.025～0.1g十二烷基苯磺酸鈉的混合物。將熔鑄鋅渣直接熔鑄成鋅渣陽極板，采用Zn－NH
文檔編號(hào)C25C1/00GK101054686SQ20071006734
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者鄭華均, 顧正海 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)