一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法技术

一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，其特征在于：净化分三段进行。其中：一段置换除铜和氯，锌粉用量为置换Cu

A Method of Purifying Heavy Metals from Zinc Sulfate Solution

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法
本专利技术属于湿法冶金领域，具体涉及一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法。
技术介绍
在电解锌及锌盐系列的产品生产过程中，所用的锌原料含有铁、砷、锑、铜、镉、钴、镍等杂质，在用硫酸浸出锌原料生产硫酸锌溶液时，上述杂质不同程度地溶解进入溶液中，溶液经氧化除铁、固液分离后得到的粗硫酸锌溶液，尚含有铜、镉、钴、镍等重金属杂质，必须用锌粉置换除去才能送到下一步电解或生产锌盐产品，否则会恶化电解操作和影响产品质量。现行的置换重金属杂质的技术有锌粉二段置换法或三段置换法，都能满足杂质深度净化的要求，但其存在共同缺点是：置换锌粉用量过多，置换所得的置换渣(铜镉渣)含锌高(含锌30～50％)，含镉、铜低(含镉5～10％，含铜2～5％)，且镉、铜没有分离，若要回收锌、镉、铜，必须再次浸出、再次置换。因此，在置换渣自用于回收锌、镉、铜或外销时，置换渣计价低，每吨干置换渣的效益损失约3900元。2018年我国的电锌产量为568.1万吨，以每生产1万吨电锌产出置换渣约0.13万吨计，则每年总的置换渣的效益损失高达28.80亿元，效益损失巨大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是：克服上述缺点，通过优化工艺流程、精细操作，降低锌粉消耗，提高锌金属回收率，并达到铜、镉的分离富集，铜和镉分别以海绵铜和粗镉锭副产品外销，提高杂质铜、镉的经济价值，提高经济效益。本专利技术是用如下方式实现的：1、一段置换除铜和氯：经氧化除铁、固液分离后得到的粗硫酸锌溶液，尚含有Cu2+、Cd2+、Co2+、Ni2+等重金属杂质。金属的活动性顺序为：锌、镉、钴、镍、铜，在溶液中排在前面的金属可以置换出排在后面的金属离子。先投入0.70～0.95倍理论量的锌粉置换溶液中的Cu2+离子，同时，通过体积和流量可调自动加液器加入硫酸溶液(用一段置换液与浓硫酸配成硫酸浓度为50％硫酸溶液)，使置换槽内溶液的pH＝3.0～4.0，在此pH值范围内，锌粉表面的氧化锌可生成硫酸锌溶解，使被氧化锌包裹的单质锌暴露出来，有利于单质锌反应完全，减少海绵铜渣量及海绵铜渣含锌量，提高锌金属回收率，提高海绵铜含铜量。在置换反应得到的海绵铜颗粒表面，Cu与溶液中的Cl-与Cu2+一起反应生成CuCl沉淀，这是对生产有益的反应，不但节约锌粉用量，而且可降低溶液中的Cl-离子含量。反应完成后，经压滤得到海绵铜渣，海绵铜渣再经水洗回收其夹带的高浓度硫酸锌溶液，即得到含锌、镉低、含铜高的海绵铜。一段置换除铜和氯的技术条件为：置换溶液中的Cu2+离子的锌粉用量为理论量0.70～0.95倍，反应温度40～80℃，反应时间0.6～2.0h，溶液pH＝3.0～4.0。主要化学反应式为：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu↓Cu+Cu2++2Cl-＝2CuCl↓ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O2、二段置换除镉：经一段置换除铜和氯后的硫酸锌溶液，尚含有Cd2+、Co2+、Ni2+等重金属杂质。先投入三段置换时得到的置换渣，充分利用置换渣中因过量未反应的锌粉置换除镉，置换渣有效锌不足时用新的锌粉补充，并通过体积和流量可调自动加液器加入硫酸溶液(用二段置换液与浓硫酸配成硫酸浓度为50％硫酸溶液)，使置换槽内溶液的pH＝3.5～4.5，在此pH值范围内，锌粉表面的氧化锌可生成硫酸锌溶解，使被氧化锌包裹的单质锌暴露出来，有利于单质锌反应完全，减少海绵镉渣量及海绵镉渣含锌量，提高锌金属回收率，提高海绵镉含镉量。反应完成后，经压滤得到海绵镉渣，海绵镉渣再经水洗回收其夹带的高浓度硫酸锌溶液，即得到含锌、铜低、含镉高的海绵镉。二段置换除镉的技术条件为：置换溶液中的Cd2+离子的锌粉用量(包括置换渣中的有效锌)为理论量0.9～1.0倍，反应温度40～80℃，反应时间0.6～2.0h，溶液pH＝3.5～4.5。主要化学反应式为：Zn+Cd2+＝Zn2++Cd↓ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O3、海绵镉压团、熔铸：及时把上述第2步得到的海绵镉压团后，在400～500℃的温度下在熔融碱液覆盖下进行熔炼，用杉木棒搅拌，把部分氧化镉还原成金属镉，同时利用熔融碱液脱除锌、砷等杂质，得到含少量铜、铅、钴、镍的粗镉熔体，经铸锭后得粗镉锭外销到火法精炼厂，熔炼渣返回前面制液工段回收。4、三段置换除钴、镍和残余镉：经二段置换除镉后的硫酸锌溶液，尚含有Cd2+、Co2+、Ni2+等重金属杂质，必须进行深度净化去除。投入过量的锌粉进行置换反应，因为杂质浓度低，即使是锌粉用量过量8倍，实际耗用量也不大，投完锌粉后，再投入活性碳粉，反应完成后，立即压滤，置换渣不要压干成块状，要呈分散状态，置换渣要及时用于二段置换除镉。三段置换的技术条件为：锌粉为普通锌粉和合金锌粉，其中合金锌粉占40～60％，锌粉用量为理论量5～8倍，活性碳粉用量0.05～0.15g/L，反应温度80～95℃，反应时间0.8～1.5h，溶液pH＝5.0～5.5。主要化学反应式为：Zn+Co2+＝Zn2++Co↓Zn+Ni2+＝Zn2++Ni↓本专利技术的有益效果是：1、一段置换时因锌粉低于理论消耗量，因此锌粉反应完全，且在反应过程中加入硫酸溶液，锌粉表面的氧化锌生成硫酸锌溶解，因此，海绵铜含锌、镉低、含铜高，可直接外销。2、一段置换时因锌粉低于理论消耗量，使溶液中含有一定量的Cu2+，这使置换得到的海绵铜与溶液中的Cl-与Cu2+一起反应生成CuCl沉淀，这不但节约了除铜的锌粉用量，而且可降低溶液中的Cl-离子含量。3、二段置换时因锌粉没有过量，因此锌粉反应完全，且在反应过程中加入硫酸溶液，锌粉表面的氧化锌生成硫酸锌溶解，并且溶液已经过除铜，因此置换所得的海绵镉含锌、铜低，而含镉高，海绵镉可直接压团、熔铸得到粗镉锭，粗镉锭经真空蒸馏得到精镉，再从蒸馏残渣中回收铜、钴金属。4、由于锌粉表面的氧化锌被加入的硫酸溶解生成硫酸锌，三段置换产生的置换渣及时用于二段置换除镉，置换渣中的有效锌全部得到利用，因此，净化的锌粉用量少，金属回收率高。附图说明图1为本专利技术一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法工艺流程图具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1如图1所示，本专利技术一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，包括以下步骤：1、一段置换除铜和氯：经氧化除铁、固液分离后得到的粗硫酸锌溶液质量如下(g/L)：Zn152.5、Cu0.45、Cd1.1、Co0.012、Ni0.009、Cl0.32。往200L的一次置换槽中加入100L上述粗硫酸锌溶液，开搅拌，投入锌粉置换溶液中的Cu2+离子，置换溶液中的Cu2+离子的锌粉用量为理论量0.8倍，同时，滴加少许硫酸溶液，使置换反应时溶液pH＝3.0～4.0，反应温度50～70℃，反应时间1.2h。反应完成后，经压滤得到海绵铜渣，海绵铜渣再经水洗回收其夹带的高浓度硫酸锌溶液，即得到含锌、镉低、含铜高的海绵铜。海绵铜质量(干基)：Cu37.2％，Zn5.5％、、Cd0.2％；滤液质量如下(g/L)：Zn153.1、Cu0.04、Cd1.1、Co0.011、Ni0.009、Cl0.26。2、二段置换除镉：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，属于湿法冶金领域，其特征在于：硫酸锌溶液净化除重金属分三段进行。其中：一段置换除铜和氯，产出含锌、镉低、含铜高的海绵铜；二段置换除镉，产出含锌、铜低、含镉高的海绵镉，海绵镉再压团熔铸成粗镉锭；三段置换除钴、镍和残余镉，产出的置换渣用于二段置换除镉。

【技术特征摘要】
1.一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，属于湿法冶金领域，其特征在于：硫酸锌溶液净化除重金属分三段进行。其中：一段置换除铜和氯，产出含锌、镉低、含铜高的海绵铜；二段置换除镉，产出含锌、铜低、含镉高的海绵镉，海绵镉再压团熔铸成粗镉锭；三段置换除钴、镍和残余镉，产出的置换渣用于二段置换除镉。2.根据权利要求1所述的一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，其特征在于：所述的一段置换除铜和氯的技术条件为：置换溶液中的Cu2+离子的锌粉用量为理论量0.70～0.95倍，反应温度40～80℃，反应时间0.6～2.0h，溶液pH＝3.0～4.0。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何耀，
申请(专利权)人：何耀，
类型：发明
国别省市：广西,45