一种强化净化硫酸锌溶液的方法技术

本发明专利技术公开了一种强化净化硫酸锌溶液的方法，步骤包括：锌粉通过加压设备，以非氧化性气体为保护介质和加压介质，以喷射流的方式射入硫酸锌溶液中对其进行净化处理，处理过程中伴随超声波，经反应—固液分离后，获得净化后的合格硫酸锌溶液。根据本发明专利技术提供的净化方法，有效地优化了锌粉—溶液之间的固‑液传热过程，保证反应界面温度高于溶液温度，促进化学反应热力学过程，能够在高效除杂的同时有效的降低锌粉耗量和缩短置换反应时间，减少渣量的产生及提高后续渣中有价金属的回收；同时避免硫酸锌整体溶液温度的增加，降低生产过程能耗；综合实现了经济效益和环境效益。

A method of strengthening purification of zinc sulfate solution

【技术实现步骤摘要】
一种强化净化硫酸锌溶液的方法
本专利技术涉及精细化工领域，特别涉及一种强化净化硫酸锌溶液的方法。
技术介绍
湿法炼锌中硫酸锌溶液常含有铜、镉、钴、镍、砷、锑、锗等杂质，对锌的电解沉积过程有极大危害，其含量超标会使电解电流效率降低、影响阴极锌质量。因此，必须通过溶液净化，将危害锌电解沉积的所有杂质除去，净化产出合格硫酸锌溶液。硫酸锌溶液的净化通常采用加锌粉置换法，辅助于加入添加剂，包括锌粉-砷盐法、锌粉-锑盐法、合金锌粉法等净化方法。在实际生产过程中，根据待脱除的各种杂质元素对温度的要求不同，分成两段或两段以上净化工艺，净化时间需要2.5小时以上，其中致少有一段高温除杂过程硫酸锌溶液整体温度需要维持在78℃以上，时间至少达1-2小时。在现有净化作业时，都是将常温(室温)条件下的电炉锌粉(或金属锌粉)加入到硫酸锌溶液中，或者简单的将锌粉用液体制高浆后加入到硫酸锌溶液中。加入的锌粉需要通过吸收溶液的热量，使表面温度达到反应热力学条件后开始发生置换反应。在此吸热-传热过程中，锌粉内部缓慢升温至与溶液温度平衡，在此温度平衡过程中，反应界面处于低温期，置换反应缓慢，锌粉快速与溶液中的酸反应造成锌粉表面pH快速升高，形成氢氧化物包裹锌粉，使置换过程电子传递受阻。因此，传统的硫酸锌溶液净化过程中存在锌粉利用效率低、锌粉消耗用量大(一般加入量为铜、镉、钴和镍的总质量的3-5倍甚至更高)、硫酸锌溶液温度条件严格、过程需要两次以上液固分离、整体生产过程能耗大、且生产成本高的问题。因此，硫酸锌溶液的净化方法有待于进一步改进。本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种强化净化硫酸锌溶液的方法，其为工艺流程简单、易于实施、降低能耗，可综合实现经济效益和环境效益的硫酸锌溶液净化方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种强化净化硫酸锌溶液中铜、镉、钴、镍、砷、锑等的至少一种金属杂质的方法，包括锌粉通过加压设备，以非氧化性气体为保护介质和加压介质，以喷射流的方式射入硫酸锌溶液中对其进行净化处理，处理过程中伴随超声以强化处理过程，获得净化后的合格硫酸锌溶液。根据本专利技术的净化硫酸锌溶液的方法可以显著降低锌粉耗量和硫酸锌溶液温度、缩短净化时间、节约净化动力消耗和能耗，从而显著降低处理成本，避免作业环境的恶化，完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下技术方案：(1)一种强化净化硫酸锌溶液的方法，该方法包括锌粉净化硫酸锌溶液过程中，通过对反应体系施加超声波强化净化过程。(2)根据上述(1)所述的方法，所述锌粉的粒径为0.08～0.4mm，优选为0.12～0.18mm；超声波频率为20kHz；超声波功率为100W～3000W，优选为500W～2500W。(3)根据上述(1)所述的方法，所述方法还包括将锌粉以喷射流形式通入到硫酸锌溶液中，进行硫酸锌溶液的净化。根据本专利技术提供的一种强化净化硫酸锌溶液的方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术中，锌粉加入到硫酸性水溶液后开启超声波装置，超声波特有的空化效应、机械效应和热效应可在溶液中形成局部高温高压并伴有射流，可促进相界面和均相界面的更新和扰动形成气泡或空穴的空化作用，可防止锌粉净化除杂过程中形成氢氧化物沉积包裹在锌粉表面，避免或减少锌粉钝化，加速锌离子扩散进入溶液，促进置换过程电子传递，加快置换反应从而促进锌粉净化除杂工艺过程，提高除杂效率，降低锌粉用量。(2)本专利技术方法中包括将锌粉以带压力的喷射流形式通入到硫酸锌溶液中进行净化反应，通过与固体颗粒-液体摩擦使锌粉表面形成的包裹氢氧化物破坏露出新鲜表面促进置换反应。(3)本专利技术方法还可以包括使锌粉以高温锌粉的形式加入硫酸锌溶液中，高温锌粉可以有效解决锌粉团聚的问题，在提高反应效率、减少锌粉用量、提高杂质渣滓品位等方面有了长远的发展。(4)本专利技术方法通过采用热压锌粉进行硫酸锌溶液的净化，锌粉耗量较现有技术大大降低，处理时间明显缩短，渣量极大减少，避免了硫酸锌整体溶液温度的增加，降低生产过程能耗，综合实现了经济效益和环境效益的提高。附图说明图1示出本专利技术提供的一种强化净化硫酸锌溶液的流程图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在硫酸锌的浸出过程中，进入溶液的大部分金属杂质随着浸出时的中和水解作用而从溶液中除去，但仍有一部分杂质残留在溶液中，主要是与锌相比氧化还原电势更大的铜(Cu)、镉(Cd)、镍(Ni)，还有少量的钴(Co)、砷(As)、锑(Sb)、锗(Ge)等。这些杂质的存在不仅对锌电解沉积过程造成极大的危害，而且从综合利用资源来说，将它们分离出来也是完全必要的。因此，浸出过程所得到的中性浸出液，要进行净化。所谓净化，就是将浸出过滤后的中性上清液中的杂质除至规定的限度以下，以提高其纯度，使之满足电解沉积时对浸出液的要求的过程。本专利技术中，氧化还原电势是相对值，是将1×105帕的氢气所饱和的铂片与浓度为1摩尔/升的氢离子溶液之间的电势差规定为零，即规定下列还原反应的平衡电势等于零：本专利技术中，满足电解沉积的浸出液即合格的浸出液，包括但不限于以下条件：铜含量低于0.2mg/L；镉含量低于0.3mg/L；钴含量低于0.8mg/L；镍含量低于0.1mg/L；砷含量低于0.001mg/L；锑含量低于0.002mg/L。本专利技术人对浸出液的净化过程进行了大量研究，发现投入浸出液的锌粉可与氧化还原电势更大的氢反应，在锌粉表面产生不溶的氢氧化物；且由于投入的锌粉温度较低，需要吸热以达到反应热力学条件后开始发生置换反应；在此传热过程中，锌粉内部溶液缓慢升温至与溶液温度平衡，在此温度平衡过程中，反应界面处于低温期，置换反应缓慢，进一步促进了锌粉快速与溶液中的酸反应造成锌粉表面pH快速升高，形成氢氧化物包裹锌粉，降低净化反应效率。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种强化净化硫酸锌溶液的方法，该方法包括锌粉净化硫酸锌溶液过程中，通过对反应体系施加超声波强化净化过程。在本专利技术中，所述硫酸锌溶液为湿法炼锌的浸出液或pH4.5～5.4的硫酸锌溶液。在本专利技术中，所述锌粉的粒径为0.08～0.4mm，优选为0.12～0.18mm。从增大比表面以加速置换反应的观点考虑，锌粉粒度固然越小越好，但如果粒度过小会导致其飘浮在溶液表面，显然也不利于锌粉的有效利用。本专利技术人经过研究发现，粒径为0.08～0.4mm时，特别是0.12～0.18mm时，锌粉可悬浮于待处理的硫酸锌溶液中被液体包围，锌粉的反应效率较高，可满足反应需求。本专利技术中，超声波的加入能够在反应过程中有效抑制锌粉表面氢氧化物的生成，强化净化过程。原因主要在于超声波的空化作用，超声波作用于液体时可产生大量小气泡，小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭，破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波；该空化作用产生的热、压和促进颗粒碰撞可有效更新颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化净化硫酸锌溶液的方法，该方法包括锌粉净化硫酸锌溶液过程中，通过对反应体系施加超声波强化净化过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种强化净化硫酸锌溶液的方法，该方法包括锌粉净化硫酸锌溶液过程中，通过对反应体系施加超声波强化净化过程。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锌粉的粒径为0.08～0.4mm，优选为0.12～0.18mm。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超声波频率为20kHz。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，超声波功率为100W～3000W，优选为500W～2500W。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将锌粉以喷射流形式通入到硫酸锌溶液中，进行硫酸锌溶液的净化。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，锌粉通过喷射设备，采用非氧化性气体为保护性流体和加压介质，在设定压力下形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利波，李静，罗永光，曲洪涛，谢庭芳，杨大锦，王仕兴，顾利坤，张宏，夏洪应，李云，张特，保佳懿，杨坤，付光，
申请(专利权)人：昆明理工大学，云南驰宏锌锗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53