一種硫酸鋅溶液置換除雜的方法及其凈化槽的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硫酸鋅溶液置換除雜的方法及其凈化槽，屬于濕法煉鋅技術領域。
【背景技術】
[0002]在金屬鋅錠產品的生產過程中，有85%左右的鋅錠產品是采用濕法煉鋅生產工藝流程。傳統的濕法煉鋅生產工藝主干流程有五個主要工藝過程，即鋅精礦沸騰焙燒與煙氣制酸、氧化鋅浸出、硫酸鋅溶液凈化、硫酸鋅凈化液電解與鋅片熔鑄、浸出渣揮發處理。在鋅精礦沸騰焙燒與煙氣制酸過程中，精礦中的硫化鋅被氧化為氧化鋅和二氧化硫，二氧化硫進入煙氣并經過煙氣凈化、二氧化硫轉化、三氧化硫吸收后得到濃硫酸；氧化鋅產物俗稱鋅焙砂，送入浸出過程。在浸出過程中，浸出劑為電解廢液，并補充少量的硫酸，經過浸出后，焙砂中的氧化鋅與硫酸反應，生成可溶解的硫酸鋅，進入了溶液，為了確保鋅的浸出率，浸出過程往往有兩段，有的是三段或四段浸出，同時為了保證浸出液的質量，中性浸出是必不可少的，浸出得到的浸出渣送渣處理過程，在中性浸出得到的中性浸出液送到硫酸鋅溶液凈化過程。中性浸出液在凈化過程中，凈化劑主要是工業鋅粉，通過鋅粉凈化后，硫酸鋅溶液中的銅、鎘、砷、銻、鈷、鎳等主要雜質被除去。除去銅、鎘、砷、銻、鈷、鎳等主要雜質的硫酸鋅凈化液，送到電解過程，在直流電的作用下，硫酸鋅溶液中的鋅離子轉變為鋅金屬從溶液中析出，得到電解鋅片，電解鋅片熔鑄后得到鋅錠產品。浸出過程得到的渣，配入煤或焦炭后，送到高溫揮發設備如回轉窯、煙化爐等設備處理，回收其中的鋅金屬。
[0003]在浸出過程中，得到的中上清溶液，通常含Cu0.2?2.0g/L、Cd0.2?2.0g/L、Co0.005?0.05g/L、Zn 120?180g/L、ρΗ5.0?5.4。目前，用于硫酸鋅溶液凈化(凈化實質為置換反應，因此凈化過程，也稱置換過程)除銅鎘鈷的主要設備是傳統凈化槽。
[0004]傳統凈化槽通常是圓筒型，外部為鋼筋混凝土結構或鋼結構，內部襯有防腐材料，有些凈化槽底部有錐度，凈化槽配有攪拌機，凈化槽的上部有進液管，底部有出液管，某些凈化槽從底部進液，從上側部出液。傳統凈化槽用于硫酸鋅溶液置換除銅鎘鈷時，置換劑為工業鋅粉，鋅粉的有效鋅為80?93%，粒度0.025?0.150mm，鋅粉從上部加入槽內，在攪拌機作用下，工業鋅粉與溶液中的銅離子、鎘離子、鈷離子進行置換反應，鋅粉中的鋅金屬轉化為鋅離子進入溶液，銅離子、鎘離子、鈷離子被置換，分別轉化為金屬銅小固體、金屬鎘小固體、金屬鈷小固體，從溶液中析出，經過壓濾機進行固液分離后，實現溶液除去銅鎘的目的。
[0005]傳統凈化槽用于硫酸鋅溶液置換除銅鎘鈷時，具有生產效率高的優點，在60?80°C的條件下，除銅鎘的時間為60?90min。由于生產效率高，因此，設備投資省，占地小。
[0006]但凈化槽用于硫酸鋅溶液置換除銅鎘鈷時，工業鋅粉的消耗量很大，造成生產成本高，降低了經濟效益。在除銅階段，工業鋅粉的消耗量至少為理論需要量的110%，而在除鎘階段，工業鋅粉的消耗量至少為理論需要量的200%。如果要將溶液的鎘置換很徹底，則鋅粉的過剩值很大，通常超過理論需要量的300%，除鈷時更大，達到理論值的30倍以上，導致實際消耗量大幅度超過理論需要量的原因有三個，一是工業鋅粉的有效鋅偏低，通常只有85%，鋅粉活性較低，二是由于工業鋅粉與置換得到的銅鎘渣粒度差很小，不能及時將反應生成的銅鎘渣固體物質進行分離，銅鎘渣固體物質對鋅粉形成局部包裹，又進一步降低了鋅粉的反應活性，三是置換反應結束后，由于設備本身的缺陷，無法將沒有參與反應的剩余鋅粉與銅鎘渣分離，使沒有參與反應的剩余鋅粉也進入了銅鎘渣中，最終導致鋅粉的消耗量很大，通常達到3?10kg/m3溶液。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是彌補現有技術的不足，提供一種硫酸鋅溶液置換除雜的方法及其凈化槽。本發明適合處理硫酸鋅溶液，使用鋅片作為凈化劑，能實現鋅對硫酸鋅溶液中的銅鎘鈷雜質離子高效置換，具有鋅片消耗小、生產成本低、銅鎘鈷雜質置換徹底、現場環境好的優點。
[0008]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種硫酸鋅溶液置換除雜的凈化槽，包括進液管、凈化槽槽壁、凈化槽槽底、凈化槽蓋板、攪拌機、抽風管和出液管，所述凈化槽槽壁、凈化槽槽底和凈化槽蓋板組成凈化槽槽體，所述攪拌機包括電機、支架、攪拌軸和攪拌槳，所述的電機和支架均居中位于凈化槽蓋板上，所述攪拌軸和攪拌槳均居中位于凈化槽槽體的內部，所述進液管位于凈化槽蓋板的一側，所述抽風管位于凈化槽蓋板與所述進液管相對的一側，所述出液管位于凈化槽槽壁的下部，還包括濾板，所述濾板設在所述凈化槽槽體內部，且位于所述攪拌槳的下方、所述出液管的上方，所述濾板上設有濾孔，所述濾板上裝有鋅片。
[0009]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0010]進一步，所述濾板上的濾孔均勻分布，濾孔數量為10000?50000個，濾孔孔徑為4?20mm，相鄰濾孔之間的間距為5?20mm。
[0011]進一步，所述鋅片的長度為20?200mm、寬度為10?50mm、厚度為I?3mm。
[0012]—種硫酸鋅溶液置換除雜的方法，該方法通過如上任一項所述的凈化槽實現，包括以下步驟:將銅、鎘、鈷、鋅質量濃度分別為0.2?2.0g/L,0.2?2.0g/L,0.005?0.050g/L、120?180g/L、pH值為5.0?5.4的待處理的硫酸鋅溶液，在所述凈化槽內進行置換除雜后，得到處理過的硫酸鋅溶液和雜質。
[0013]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0014]進一步，所述處理過的硫酸鋅溶液中銅、鎘、鈷、鋅的質量濃度分別為0.00005?0.0002g/L、0.0002 ?0.0005g/L、0.0003 ?0.0005g/L、120.4 ?184.2g/L，pH 值為 5.2 ?
5.4，所述雜質為銅、鎘、鈷。
[0015]進一步，在所述凈化槽內進行置換除銅鎘鈷雜質的具體步驟為:待處理的硫酸鋅溶液從所述進液管流入到所述凈化槽槽體，啟動攪拌機的電機，攪拌軸和攪拌槳開始運轉，所述待處理的硫酸鋅溶液與所述濾板上的鋅片發生置換反應，所述待處理的硫酸鋅溶液中的雜質從溶液中析出，且通過所述濾孔進出濾板，置換反應結束后，處理過的硫酸鋅溶液和雜質的混合物通過所述出液管流出凈化槽外，未參與反應的鋅片殘留物被濾板截留，繼續停留在濾板上參與下一個除雜過程，硫酸鋅溶液的水汽和反應產生的氣體由所述抽風管抽走，最后將所述混合物進行固液分離，即分別得到處理過的硫酸鋅溶液和雜質。
[0016]進一步，所述置換反應的時間為I?3小時。
[0017]進一步，所述除雜為一步除雜或分步除雜。
[0018]進一步，所述一步除雜為同時除去銅、鎘、鈷；所述分步除雜為第一步除銅、第二步除鎘、第三步除鈷，或第一步除銅、鎘，第二步除鈷。
[0019]進一步，所述反應產生的氣體為氫氣。
[0020]進一步，所述反應產生的氣體為氫氣。
[0021]上述反應過程為:
[0022]Zn+2H+= Zn 2++Η2 ?
[0023]本發明的凈化槽，其工作原理如下:含有雜質銅、鎘、鈷金屬離子的硫酸鋅溶液從進液管流入凈化槽體后，溶液在攪拌機的作用下在槽內運動，與凈化槽內的鋅片接觸，在鋅片表面發生了置換反應，溶液中的銅、鎘、鈷雜質離子被金屬鋅置換，參與了置換反應的金屬鋅轉變為可溶性的鋅離子進入溶液，銅、鎘、鈷雜質離子從溶液中析出，生成金屬銅、鎘、鈷小固體，俗稱銅鎘鈷渣；金屬銅、鎘、鈷小固體，在攪拌機的攪動和運動溶液的雙重沖擊下，脫離鋅片表面并隨著溶液運動，隨著攪拌的不斷進行，置換反應也在不斷進行中，溶液中的銅鎘鈷雜質離子不斷被鋅粒或鋅片置換，雜質離子濃度越來越低，反應生成的銅鎘鈷渣固體物質越來越多；1?3小時后，置換反應進行比較充分后，溶液中的銅鎘鈷雜質離子已經很少，銅鎘鈷雜質離子濃度已經很低，達到了脫去雜質銅鎘離子的目的，凈化除雜過程結束；最后，完成置換反應脫去雜質銅鎘鈷離子的溶液及置換反應過程中生成的銅鎘鈷渣透過濾孔從出液管流到凈化槽外，沒有參與反應的殘留鋅片被濾板截留，繼續停留在凈化槽內，參與下一個周期的置換除雜反應；流到凈化槽外的溶液和銅鎘鈷渣混合物，經壓濾機進行固液分離后，得到銅鎘鈷渣和脫去雜質的硫酸鋅溶液，溶液中的銅鎘鈷雜質已經被徹底分離，達到了脫去雜質銅鎘的目的。根據置換除銅鎘鈷消耗的鋅片量，定期向凈化槽內補充鋅片。
[0024]本發明的有益效果是:
[0025]1.鋅金屬消耗量小。本發明采用的置換劑為鋅片，鋅片是純度很高的金屬鋅，有效鋅含量接近100% ;在置換反應過程中，反應生成的金屬銅、鎘、鈷小固體，在攪拌機的攪動和運動溶液的雙重沖擊作用下，能夠及時從鋅片表面分離，由于鋅片的粒度大于濾板的濾孔，被濾板截留，繼續停留在凈化槽內，這樣隨著溶液流動到凈化槽外的置換物中只有金屬銅、鎘、鈷小固體，沒有帶走鋅片金屬，沒有造成鋅片浪費，金屬鋅片的消耗全部用于置換反應，因此鋅片的消耗量很小，幾乎接近理論消耗量，僅有0.4?4kg/m3溶液。另外，由于金屬鋅片沒有進入到置換渣中，因此，得到的置換渣純度很高，簡單處理后，就可以形成粗產品。