本发明涉及
湿法冶金领域，具体涉及湿法制锌工艺硫酸锌溶液净化阶段的一种净化除铜、镍、钴等新工艺。
背景技术：
金属锌以其优异的物理化学性能成为继钢铁、铝和铜之后世界上使用最广泛的金属。2019年世界精炼锌的生产达到1380万吨，中国锌总产量近600万吨，约占世界产量的43％。由于锌行业消费量的增长，预计未来几年世界对锌的需求将会继续保持强劲。目前锌的生产主要采用“湿法冶金”工艺，湿法冶金工艺生产的锌约占世界产量90-95％。
湿法炼锌的主要工序包括焙烧、浸出、净化和电积。在锌焙砂浸出过程中通过控制终点酸度使fe3+完全水解沉淀，同时也部分去除砷、锑等杂质；但是依然许有多杂质也进入了电解液。杂质离子不仅影响电积锌的电流效率，而且还影响电积锌质量。特别铜、锗、钴、镍会在阴极锌与发生共沉积，这些共沉积下来的正电性杂质会降低氢的过电位，并使已经沉积的锌返溶。我国的锌冶炼厂主要采用锌粉置换法进行电解液净化，同时辅助加入添加剂，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，根据脱除各种杂质元素对温度的敏感性不同，分成两段或两段以上等净化工艺。锌粉置换法进行硫酸锌电解液除杂净化过程中存在投放用于除杂的锌粉量远远超出理论用量、净化过程温度高、净化阶段能耗大、净化深度低以及净化渣中含锌量高等问题。其中重要的问题就是除杂锌粉耗量巨大(投入除杂的锌粉约为产量的10-20％)，虽然其中有部分锌离子进入电解液进行回收，但是渣中锌粉损失和引入的锌离子造成的电能消耗给企业带来巨大的经济损失。很多学者提出锌粉过量的主要原因是由于除杂剂锌粉被置换产物层的包覆、以及锌粉表面生成碱式硫酸锌和氢氧化锌包覆，使锌粉表面钝化，阻断了锌粉置换反应的进行。提高锌粉利用率的重要手段是剥离锌粉表面包覆产物，使锌粉在除杂反应中始终保持与电解液接触。本发明针对锌粉除杂过程中锌粉用量大的问题提出了一个解决方案，在锌粉和惰性磨料一同加入待净化电解液中，搅拌过程中磨料会与锌粉发生碰撞，从而剥离锌粉表面的反应产物，将锌粉表面暴露在电解液中，提高锌粉的利用率。
技术实现要素：
本发明目的在于针对目前锌粉在净化阶段中被产物层包覆失活的问题，通过剥离包覆层提高锌粉利用率，减少硫酸锌溶液净化阶段锌粉的用量。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
(1)一种硫酸锌溶液净化除铜、镍和钴的新方法，该方法包括将锌粉混合惰性磨料投入到到硫酸锌电解液中以达到剥离包覆物的效果。
(2)硫酸锌溶液温度为55-60℃，电解液的ph为3-6。
(3)除杂过程的搅拌强度为200-300r/min。
(4)同时向反应体系投入除杂剂锌粉和惰性磨料二氧化硅，利用惰性磨料和机械搅拌所产生的摩擦与磨蚀剥离锌粉的包覆层，得到充分的利用。
(5)根据上述所述方式，所述锌粉的加入量为硫酸锌溶液中去除的金属杂质理论用量的1.2-1.5倍，所述锌粉的目数约为350目。
(6)根据上述所述方式，所述加入的惰性磨料二氧化硅目数为25-50目，优选为35目左右，净化电解液与惰性磨料的液固比为(5-10)∶1。
(7)反应时间为30-60min，优选为40-50min。
(8)待反应结束后将得到的渣相进行分离，回收金属渣相和二氧化硅；得到的硫酸锌溶液进入电积流程。
附图说明
图1是加入固体磨料与不加磨料下的锌电解液除杂效果对比图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于所列的实施案例。
实施案例1
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度55℃。向反应体系中同时投入杂质质量的1倍锌粉(350目)和液固比为5∶1的惰性磨料二氧化硅，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为0.44mg/l，除铜率为99.95％。
对比案例1
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度为55℃。向反应体系中投入杂质质量的1倍锌粉(350目)，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为11.04mg/l，除铜率为98.89％。
实施案例2
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度55℃。向反应体系中同时投入杂质质量的1.2倍锌粉(350目)和液固比为5∶1的惰性磨料二氧化硅，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为0.194mg/l，除铜率为99.98％。
对比案例2
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度为55℃。向反应体系中投入杂质质量的1.2倍锌粉(350目)，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为8.62mg/l，除铜率为99.14％。
实施案例3
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度60℃。向反应体系中同时投入杂质质量的1.5倍锌粉(350目)和液固比为5∶1的惰性磨料二氧化硅，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为0.088mg/l，除铜率为99.99％。
对比案例3
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度为60℃。向反应体系中投入杂质质量的1.5倍锌粉(350目)，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为1.77mg/l，除铜率为99.82％。
实施案例4
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度60℃。向反应体系中同时投入杂质质量的2倍锌粉(350目)和液固比为5∶1的惰性磨料二氧化硅，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为0.018mg/l，除铜率为99.99％。
对比案例4
湿法炼锌净化阶段的硫酸锌溶液1l，溶液ph为4.5，主要成分为锌离子150g/l，铜离子1000mg/l。电解液温度为60℃。向反应体系中投入杂质质量的2倍锌粉(350目)，在搅拌速度为250r/min的速度下，进行除杂实验40分钟，经液固分离后得到净化浸出液和渣相。
经测试并计算，上述除杂过程中，净化液中铜离子的溶度为1.09mg/l，除铜率为99.89％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制；对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种硫酸锌电解液净化除杂新方法，属于湿法炼锌领域。该方法通过硫酸锌溶液净化过程引入惰性磨料来剥离锌粉表面的包覆物，从而降低净化过程中的锌粉消耗量。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：除杂过程分三段进行；首先将硫酸锌电解液加热到最适宜除杂的温度，控制溶液ph值；然后加入除杂反应所需锌粉和惰性磨料，在机械搅拌的条件下除去电解液中的杂质；最后待除杂反应结束，液固分离，净化电解液送电积流程。
3.根据权利要求1中所述的新方法，其特征在于将待净化的硫酸锌电解液搅拌加热至除杂质离子的适宜温度55-60℃，ph控制在3-6左右。
4.根据权利要求1中所述的新方法，其特征在于除杂反应过程搅拌速度200-300r/min。
5.根据权利要求1中所述的新方法，其特征在于除杂过程需要将除杂剂锌粉和惰性磨料共同投入反应体系，所用除杂锌粉目数约为350目左右，锌粉量约为理论除杂用量的1.2-1.5倍，惰性磨料二氧化硅的目数为25-50目，磨料与待净化电解液的液固比约为(5-10)∶1，反应时间为40-60min。
6.根据权利要求1中所述的新方法，其特征在于，净化后的电解液送去电积系统，将渣相进行分离，且惰性磨料不参与反应易分离，可多次回收利用。
技术总结
本发明提供了一种湿法炼锌中硫酸锌电解液净化的新工艺，主要锌粉在净化中耗量巨大的问题。硫酸锌净化阶段，投入的除杂剂锌粉因置换反应产物和副产物的包裹，造成锌粉失活，降低了锌粉有效利用率。本工艺通过剥离锌粉包覆物以解决锌粉失活，主要包括：首先，控制适当温度；其次加入锌粉和惰性磨料二氧化硅，施加搅拌；最后，进行液固分离。其优势在于：在电解液搅拌过程中惰性磨料与锌粉之间会产生摩擦和磨蚀的作用，从而及时带走锌粉表面产物，使锌粉在除杂反应中保持活性；另外此工艺操作简单，只需在反应中引入惰性磨料，不需额外的复杂操作；且除杂效果明显、锌粉实际利用率高、磨料易分离回收、磨料可多次利用等优点。
技术研发人员：陈皆通;许茜;孙晨藤;陶文;程红伟;邹星礼;鲁雄刚
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2020.11.16
技术公布日：2021.03.16
声明：
“硫酸锌电解液净化除杂的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：上海大学
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