一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用，属于湿法冶金技术领域。装置，该装置包括惰性阳极、纯铝或锌阴极、辅助电极Ⅰ、辅助电极Ⅱ、阳极槽、阴极槽、含硫酸电解液和含硫酸锌电解液，阳极槽中装有惰性阳极和含硫酸电解液，阴极槽中装有铝或锌阴极和含硫酸锌电解液，惰性阳极与电源正极连接，纯铝或锌阴极与电源负极连接，阳极槽和阴极槽内还分别设有辅助电极Ⅰ和辅助电极Ⅱ，辅助电极Ⅰ和辅助电极Ⅱ通过导线连接。本装置使用双电解槽，实现了金属锌电积提取过程阴、阳极反应过程的解耦合，即金属锌的阴极沉积和阳极氧析出分别在不同的电解槽进行。

Device for extracting zinc by electrowinning in double electrolytic cell and its application

The invention relates to a device for electrowinning zinc from double electrolytic cell and its application, which belongs to the field of hydrometallurgy technology. The device includes a device, inert anode, aluminum or zinc cathode and the auxiliary electrode and the auxiliary electrode of anode, cathode, II, containing sulfuric acid and sulfuric acid containing zinc electrolyte, anode with inert anode and cathode in the electrolyte containing sulfuric acid, with aluminum or zinc cathode and inert anode containing zinc sulfate electrolyte connected with the power anode, pure aluminum or zinc cathode and the cathode of the power supply connected to the anode and cathode groove are respectively provided with an auxiliary electrode and the auxiliary electrode of the auxiliary electrode II, I and II auxiliary electrode connected by wires. The device uses double electrolytic cell to realize the decoupling of cathode and anode reaction process in the electrowinning process of zinc metal, that is, the cathodic deposition of zinc metal and the anodic oxygen release are carried out in different electrolytic cells.

【技术实现步骤摘要】
一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用
本专利技术涉及一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用，属于湿法冶金

技术介绍
现代炼锌方法分湿法炼锌和火法炼锌，湿法炼锌由于资源来源广、环境友好和能耗较低等优点，其生产的电锌约占锌总量的80％以上，锌精矿的常规湿法冶炼流程是焙烧→浸出→净化→电积→高纯锌。锌电积用铅基合金做阳极，压延纯铝板做阴极，净化后的硫酸锌/硫酸溶液为电解液，在电场作用下，锌在阴极析出，同时电解液酸度提高，目前工业锌电积中，电解液中的锌的浓度为40-60g/L，硫酸浓度从110-140g/L提高到170-200g/L（铅锌冶金学，科学出版社，2002）。为了解决传统锌电积存在的问题，研究人员研究开发了新的电积工艺，如：Zn-NaClO4联合电解法；氢气、SO2气体扩散阳极电积法；甲醇电积法等，但是上述方法存在工业化困难、阴阳极液易混合等诸多问题（材料导报，2008，22（2），86-89）。在传统的锌电积过程中，阳极发生水的氧化，析出大量的氧气，气体逸出电解槽的液面会夹带大量的硫酸溶液液滴，形成“酸雾”，不仅会对厂房和设备造成腐蚀，而且使操作环境恶化，是当前湿法炼锌厂较难解决的环保问题之一。目前常见的解决办法，一是在电解槽内的液面上覆盖一层泡沫，但是泡沫常造成极板间短路，增加能耗，二是在电解槽上加盖，带来了极板装、出槽作业困难，且不能避免气体外泄。专利ZL200620053101.6提出用弥散状的圆形或椭圆形状的固体覆盖物防治酸雾。该方法虽然酸雾的产生有所改善，但很难避免酸雾产生。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用。本装置使用双电解槽，实现了金属锌电积提取过程阴、阳极反应过程的解耦合，即金属锌的阴极沉积和阳极氧析出分别在不同的电解槽进行。两个电解槽可以分别独立放置，将氧气析出与锌沉积在空间上彻底分离，可以将所有的氧气析出集中密闭设置，既避免了酸雾现象，也可以收集得到较高纯度的氧气。本专利技术通过以下技术方案实现。一种双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、纯铝或锌阴极2、辅助电极Ⅰ3、辅助电极Ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有铝或锌阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，纯铝或锌阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极Ⅰ3和辅助电极Ⅱ4，辅助电极Ⅰ3和辅助电极Ⅱ4通过导线9连接。所述辅助电极Ⅰ3和辅助电极Ⅱ4组成均为铅粉或海绵状铅、膨胀剂和阻化剂。所述膨胀剂为铅粉或海绵状铅质量0.5%～1.0%硫酸钡、铅粉或海绵状铅质量0.5%乙炔黑中的一种或两种混合物。所述阻化剂为铅粉或海绵状铅质量0.5%木素磺酸盐、铅粉或海绵状铅质量0.5%的松香中的一种或两种混合物。一种双电解槽电积提取锌的装置的应用，所述阳极槽5中含硫酸电解液7中含有160g/LH2SO4，阴极槽6中含硫酸锌电解液8中含有150g/LZnSO4，在现有技术中常规提取锌的电流密度下进行双电解槽电积，在纯铝或锌阴极2电积得到锌。上述含硫酸电解液7为阴极槽6中含硫酸锌电解液8通过双电解槽电积锌后得到的硫酸溶液。（1）应用工艺流程双电解槽分别称为阳极槽和阴极槽，阳极槽放置铅合金或其它类型惰性阳极，阴极槽放置纯铝板或锌电极，电解槽内分别另外配置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。本工艺的电解液可以使用目前工业锌电积工艺电解液，新电解液从阴极槽进入，电解液中锌离子浓度降低后，进入阳极槽，酸度提高后，出阳极槽直接进入工业湿法炼锌的其他工序。阳极槽中的阳极接外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，只需交换即可继续使用。具体反应原理如下：阴极槽中：Zn2++2e-→ZnPb+SO42--2e-→PbSO4总反应：ZnSO4+Pb=Zn+PbSO4阳极槽中：PbSO4+2e-→Pb+SO42-H2O–2e-→1/2O2↑+H+总反应：PbSO4+H2O=Pb+H2SO4+1/2O2↑电积过程总反应：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+1/2O2↑（2）辅助电极的制备将铅粉或海绵状铅、膨胀剂和阻化剂混合均匀，加入浓度18wt%硫酸搅拌均匀成膏状（加入量为铅粉或海绵状铅质量的27%），得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，在恒电流-5mA/cm2条件下电流化24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。本专利技术的有益效果是：（1）本装置实现了金属锌电积提取过程阴、阳极反应过程的解耦合，阳极氧气析出可以集中管理，可以彻底解决了锌电积过程的酸雾问题，还可以得到纯净的氧气副产品；（2）由于避免了阴、阳极区的电解液互溶问题，阴极槽中硫酸浓度低，可以有效降低阴极锌的返溶；（3）本工艺与传统锌电积流程完全兼容，不影响现有工艺过程。附图说明图1是本专利技术装置示意图；图2是本专利技术实施例1使用双电解槽（-□-）与对比实施例1单电解槽（-○-）的槽电压比较图，其中电流密度j=100A/m2，电解液为160g/LH2SO4和150g/LZnSO4，压延铝板为阴极，铂片为阳极。图中：1-惰性阳极，2-纯铝或锌阴极，3-辅助电极Ⅰ，4-辅助电极Ⅱ，5-阳极槽，6-阴极槽，7-含硫酸电解液，8-含硫酸锌电解液，9-导线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、纯铝阴极2、辅助电极Ⅰ3、辅助电极Ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有铝阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，纯铝阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极Ⅰ3和辅助电极Ⅱ4，辅助电极Ⅰ3和辅助电极Ⅱ4通过导线9连接。（1）制备辅助电极取5g铅粉（200目，3N），0.03g硫酸钡（铅粉质量0.6%），0.025g木素磺酸盐（铅粉质量0.5%）混合均匀，加入浓度18wt%硫酸1.35g（加入量为铅粉质量的27%），搅拌均匀成膏状，得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，恒电流-5mA/cm2电流化成24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。（2）应用工艺流程配置出浓度为160g/LH2SO4和150g/LZnSO4的电解液。取2个250mL的烧杯，分别放入200mL配好的电解液，这2个烧杯分别称为阳极槽和阴极槽，然后按照图1连接电路，阳极槽放置铂片电极，阴极槽放置纯铝板，阳极槽放置辅助电极，阴极槽放置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。阳极槽中的铂电极接外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的铝板阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，两个辅助电极交换后即可继续使用进行电积。在电积过程中，电流密度为j=100A/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电解槽电积提取锌的装置，其特征在于：包括惰性阳极（1）、纯铝或锌阴极（2）、辅助电极Ⅰ（3）、辅助电极Ⅱ（4）、阳极槽（5）、阴极槽（6）、含硫酸电解液（7）和含硫酸锌电解液（8），阳极槽（5）中装有惰性阳极（1）和含硫酸电解液（7），阴极槽（6）中装有铝或锌阴极（2）和含硫酸锌电解液（8），惰性阳极（1）与电源正极连接，纯铝或锌阴极（2）与电源负极连接，阳极槽（5）和阴极槽（6）内还分别设有辅助电极Ⅰ（3）和辅助电极Ⅱ（4），辅助电极Ⅰ（3）和辅助电极Ⅱ（4）通过导线（9）连接。

【技术特征摘要】
1.一种双电解槽电积提取锌的装置，其特征在于：包括惰性阳极（1）、纯铝或锌阴极（2）、辅助电极Ⅰ（3）、辅助电极Ⅱ（4）、阳极槽（5）、阴极槽（6）、含硫酸电解液（7）和含硫酸锌电解液（8），阳极槽（5）中装有惰性阳极（1）和含硫酸电解液（7），阴极槽（6）中装有铝或锌阴极（2）和含硫酸锌电解液（8），惰性阳极（1）与电源正极连接，纯铝或锌阴极（2）与电源负极连接，阳极槽（5）和阴极槽（6）内还分别设有辅助电极Ⅰ（3）和辅助电极Ⅱ（4），辅助电极Ⅰ（3）和辅助电极Ⅱ（4）通过导线（9）连接。2.根据权利要求1所述的双电解槽电积提取锌的装置，其特征在于：所述辅助电极Ⅰ（3）和辅助电极Ⅱ（4）组成均为铅粉或海绵状铅、膨胀剂和阻化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，沈庆峰，翟大成，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53