一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法技术

本发明专利技术涉及一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，属于锌电积和金属钴回收技术领域。本发明专利技术将活化剂Cu

【技术实现步骤摘要】
一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法


[0001]本专利技术涉及一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，属于锌电积和金属钴回收


技术介绍

[0002]锌是最重要的有色金属之一，在现代工业生产中占有重要地位。由于其低熔点、良好的熔体流动性和高耐腐蚀性的优点，锌合金被用于机械制造，如汽车、航空、电子、仪器、镀锌等。目前，锌的主要生产方法是湿法炼锌，它包括焙烧、浸出、提纯和电积工艺。净化过程对于消除或减少浸出过程中出现的铜、镉和钴等杂质至关重要。杂质钴结合到锌的表面产生微电池，导致锌作为微电池的阳极而溶解。另外锌表面发生析氢，导致沉淀的锌重新溶解，最终导致锌沉积物中形成黑点或孔洞，这会对锌产品的质量产生不利影响，降低电流效率，并增加功耗。因此，在生产高品质锌时，净化工艺至关重要。此外，钴对人类健康构成严重威胁，因为摄入钴会导致神经系统疾病、遗传毒性和癌症。其释放到环境中会导致严重的环境问题。因此，从工业生产、人类健康和环境影响的角度来看，必须从硫酸锌溶液中消除Co
2+
。目前，从硫酸锌电解液中去除钴的主要方法是有机试剂提纯和锌粉置换法。有机试剂提纯方法综合杂质去除能力差，试剂昂贵，有机物质的引入可能对后续电积产生有害影响。因此，锌粉置换法仍然是目前从硫酸锌电解液中去除钴的标准工艺。根据关系式(1)，溶液中的杂质Co
2+
被锌粉置换为Co：
[0003]Co
2+
+Zn＝Co+Zn
2+ (1)
[0004]目前，锌粉团聚和包裹在锌粉表面造成的锌粉高消耗是锌粉去除杂质最令人困惑的问题。锌粉利用率低的原因包括：(1)置换产生的钴降低了析氢反应的过电位，同时H
+
的耗尽导致锌粉周围的pH升高，促进溶液中Zn
2+
离子生成碱性硫酸锌或氢氧化锌，随后沉积在锌粉表面；(2)新生成的Zn
2+
离子聚集在锌粉周围，吸引溶液中的阴离子(SO
42
‑
和OH
‑
)，在锌粉表面形成碱性碳酸锌；(3)由锌粉置换产生的钴覆盖锌粉的反应表面；以及(4)低的传质系数导致锌粉结块，减少锌粉的反应表面积。
[0005]因此，有必要开发一种能够破坏表面包裹层并抑制锌粉团聚的方法，这可以减少锌粉的用量并加速净化过程。

技术实现思路

[0006]针对锌粉从硫酸锌电解液中除钴存在的锌粉团聚和包裹严重、处理成本高、锌粉耗量大、处理周期长、能耗高等问题，本专利技术提出了一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，即利用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原电负性比锌正的钴离子，并且反应得到的Zn
2+
不会对硫酸锌溶液造成影响；利用Cu
2+
和Sb2O3为活化剂，与硫酸锌电解液中的Co
2+
形成Sb
‑
Cu
‑
Co合金，从而抑制氢气的析出，另外Sb
‑
Cu
‑
Co合金可以有效降低Co析出的电势，优化锌粉与Co
2+
反应的热力学。超声波产生的空化、机械效应协同强化锌粉提高钴离子的去除效果，极大降低锌粉的用量和浸出流程所需要的时间，降低生产成本，而且操作简单。
[0007]一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：
[0008](1)将活化剂Cu
2+
和Sb
3+
加入到含钴离子的硫酸锌电解液中；
[0009](2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在超声强化条件下置换反应50
‑
70min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液。
[0010]所述步骤(1)硫酸锌电解液中钴离子浓度为20～40mg/L，锌离子浓度为120～130g/L。
[0011]所述步骤(1)活化剂Cu
2+
的加入量为40
‑
60mg/L，活化剂Sb
3+
的加入量为20
‑
30mg/L。
[0012]所述步骤(2)还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为2
‑
4:500。
[0013]所述步骤(2)超声波功率密度为100
‑
300W/L，超声频率为19.63
‑
19.73kHz。
[0014]本专利技术去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的原理：利用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原电负性比锌正的钴离子；以Cu
2+
和Sb
3+
为活化剂，与硫酸锌电解液中的Co
2+
形成Sb
‑
Cu
‑
Co合金，从而抑制氢气的析出，Sb
‑
Cu
‑
Co合金可以有效降低Co析出的电势，优化锌粉与Co
2+
反应的热力学；Sb
‑
Cu
‑
Co合金形成的具体原理为：在锌粉存在的情况下，作为Sb
3+
水合物的HSbO2和SbO2‑
转化为金属锑，并与沉淀的钴形成金属间化合物CoSb，如反应式(2)和(3)所示。CoSb比Co具有更大的稳定区域和更高的标准还原电极电势，因此，使用锌粉去除钴的热力学趋势得到了显著改善。在锌湿法冶金中通过锌粉置换去除钴离子的过程中，同时加入Sb2O3和Cu
2+
时发生的反应如反应式(4)所示。三元合金Sb
‑
Cu
‑
Co的形成伴随着能量的释放，从而对置换反应提供额外的能量补偿；对于锑对去除钴离子的促进原理，目前研究者的普遍共识是基于电化学，即在锌锑微电池作用下锑与钴形成金属间化合物从而提高了锌粉置换除钴的热力学推动力。认为钴在锑上具有较小的超电压，于是在化学作用下锌被溶解而钴在超电压较小的锑上析出并沉淀在对钴具有较好亲合力的锑周围，这样锑使锌更快溶解并提供电子而钴离子则接受了电子变成金属析出；
[0015]Co
2+
+SbO2‑
+4H
+
+Zn+2e
ꢀ→ꢀ
CoSb+Zn
2+
+2H2O, (2)
[0016]Co
2+
+HSbO2+3H
+
+5/2Zn
ꢀ→ꢀ
CoSb+5/2Zn
2+
+2H2O, (3)
[0017]Co
2+
+2HSbO2+6H
+
+Cu
2+
+Zn+8e
ꢀ→ꢀ
Co
‑
Cu
‑
Sb (alloy)+Zn
2+
+4H2O. (4)
[0018]利用超声的空化与机械两方面效应增加锌粉的传质和置换能力，进而提高矿物的直接反应速率和中间产物氧化过程。超声波可以解离锌粉表面的包裹体，将未反应的锌粉暴露到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将活化剂Cu
2+
和Sb
3+
加入到含钴离子的硫酸锌电解液中；(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在超声强化条件下置换反应50
‑
70min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液。2.根据权利要求1所述去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，其特征在于：步骤(1)硫酸锌电解液中钴离子浓度为20～30mg/L，锌离子浓度为120～130g/L。3.根据权利要求1所述去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，其特征在于：步骤(1)活化剂Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕兴，刘祥，付立康，张耕玮，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：