鋅冶金學(xué)ppt課件(PPT 41頁(yè))

1、鋅冶金學(xué)有色重金屬冶金學(xué)精品課程主講教師： 魏昶 陳為亮 鄧志敢.第1頁(yè)，共41頁(yè)。4 硫酸鋅浸出液的凈化4.1 概述4.2 鋅粉置換法4.3 化學(xué)沉淀法4.4 其它雜質(zhì)的除去4.5 凈化過(guò)程主要設(shè)備.第2頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 概述 中性浸出液和電積時(shí)對(duì)電解新液成分的要求如表所示。 鋅焙燒礦經(jīng)過(guò)中性浸出所得的硫酸鋅溶液含有許多雜質(zhì)，大部分鐵、砷、銻水解進(jìn)入渣中，其它雜質(zhì)銅、鎘、鈷、鎳等陽(yáng)離子及氟、氯等陰離子仍留在溶液中。這些雜質(zhì)的含量超過(guò)一定程度將對(duì)鋅的電積過(guò)程帶來(lái)不利影響。因此，在電積前必須對(duì)溶液進(jìn)行凈化，把有害雜質(zhì)除至允許含量，以保證電積時(shí)得到高純度的陰極鋅及最經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行電積。.第3頁(yè)，共

2、41頁(yè)。4.1 概述.第4頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 概述.第5頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 概述 凈化，就是將浸出過(guò)濾后的中性上清液中的雜質(zhì)除至規(guī)定的限度以下，提高其純度，使雜質(zhì)濃度在允許含量之下，從而滿足鋅電積的對(duì)電解液的要求。 凈化的目的主要是除去浸出液中的銅、鎘、鈷、鎳等有害雜質(zhì)和殘留在溶液中的砷、銻、鍺等雜質(zhì)，同時(shí)使銅、鎘、鈷等有價(jià)金屬得到富集在凈化渣中，以便進(jìn)一步回收有價(jià)金屬。 凈化流程及方法取決于中性浸出液中的雜質(zhì)成分及對(duì)凈化后液的要求。凈化過(guò)程趨向于采用連續(xù)化自動(dòng)化控制、自動(dòng)化檢測(cè)及多段深度凈化。 凈化流程一般有一段、二段、三段和四段之分，作業(yè)方式有間斷作業(yè)和連續(xù)作業(yè)。連續(xù)凈化的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率

3、高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但操作控制要求較高。.第6頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 概述 凈化方法按原理可分為兩類：加鋅粉置換除銅、鎘，在有其它添加劑存在時(shí)加鋅粉置換除鈷、鎳；加特殊試劑(黃藥、-萘酚)沉淀除鈷。 在選擇凈化流程時(shí)，除主要滿足電解工序?qū)π乱旱囊笸?，還要考慮雜質(zhì)在凈化渣中的富集率和鋅粉用量等因素。世界各國(guó)濕法煉鋅廠凈化大多采用砷鹽法和反向銻鹽法，以達(dá)到深度凈化的目的。硫酸鋅溶液凈化的幾種代表方法如表所示。.第7頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 概述.第8頁(yè)，共41頁(yè)。4.2 鋅粉置換法4.2.1 鋅粉置換凈化的原理 鋅粉置換除銅、鎘的是用較負(fù)電性的鋅從硫酸鋅溶液還原較正電性的銅、鎘、鈷等金屬(用Me表示)

4、離子，其基本反應(yīng)為：Zn + Me2+ = Zn2+ + Me置換反應(yīng)進(jìn)行的極限程度取決于它們之間的電位差：E = EMe2+/Me EZn2+/Zn 0.0295lg(a Me2+ /aZn2+) 兩種金屬電位差愈大，置換反應(yīng)愈徹底。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)：EMe2+/MeEZn2+/Zn0.0295lg(aZn2+/a Me2+)式中aZn2+/a Me2+是在平衡狀態(tài)時(shí)，置換劑鋅與被置換金屬的活度比值，表示置換的程序。置換順序如圖所示。 .第9頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 鋅粉置換凈化的原理.第10頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 鋅粉置換凈化的原理 由熱力學(xué)計(jì)算可以看出，鋅粉置換除銅、鎘、鈷、鎳可降至很

5、低的程度。實(shí)踐證明，鋅粉置換除銅、鎘很容易進(jìn)行，單純用鋅粉置換除鈷、鎳比較困難，必須采取其他措施，如砷鹽凈化法、逆銻凈化法、合金鋅粉凈化法等。因而除鈷、鎳的方法也較多而復(fù)雜。 設(shè)浸出液中Zn2+的濃度為150g/l (aZn2+0.1M)，可計(jì)算出置換過(guò)程過(guò)程平衡電位和殘存金屬離子的濃度。 .第11頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 鋅粉置換凈化的原理 在置換過(guò)程中，可能同時(shí)產(chǎn)生某些有害反應(yīng)，必須采取相應(yīng)措施予以防止，如氧、氫與AsH3的析出。 (1)氧的析出會(huì)增加鋅粉消耗，或者使被沉淀金屬而反溶。因此置換過(guò)程中應(yīng)盡量避免空氣與溶液接觸，因而一般采用機(jī)械攪拌。 (2)氫的析出使鋅粉的消耗增大。提高溶液p

6、H值或提高氫的析出超電位，可降低氫的電極電位，所以置換過(guò)程在近中性溶液中進(jìn)行；往溶液中加入正電性金屬與被置換金屬形成合金而提高其電位，可降低雜質(zhì)金屬的析出超電位。 (3)為了避免AsH3的析出，可提高溶液pH值，降低AsH3的電極電位。最好是在中性浸出時(shí)盡量脫除砷、銻。.第12頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 鋅粉置換除銅、鎘 鋅粉置換除銅、鎘是在鋅粉表面上進(jìn)行的多相反應(yīng)過(guò)程，影響鋅粉置換除銅、鎘的因素有： 鋅粉質(zhì)量：鋅粉的用量與鋅粉純度、粒度及溶液中被置換金屬的含量有關(guān)，鋅粉消耗量一般為理論需要量的23倍。一般要求鋅粉粒度應(yīng)通過(guò)100120目篩。鋅粉過(guò)細(xì)容易飄浮在溶液表面，也不利于置換反應(yīng)的進(jìn)行。

7、攪拌強(qiáng)度：攪拌強(qiáng)度不宜過(guò)分強(qiáng)烈，以防止帶入空氣溶解于溶液中，引起鋅粉氧化而出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象以及鎘的氧化和復(fù)溶。因此，一般在機(jī)械攪拌槽或沸騰凈化槽內(nèi)進(jìn)行。 置換溫度：一般控制在4560，溫度過(guò)高會(huì)促使鎘復(fù)溶。 中性浸出液的成份：要求中性浸出液的成份合格，保持溶液的pH值為5.25.4，鋅的濃度為150 180g/l。 添加劑的作用：?jiǎn)为?dú)用鋅粉置換沉積鎘時(shí)， Cu2+ 具有催化作用，因此置換沉鎘時(shí)溶液中必須有足夠的Cu2+，銅的濃度為0.20 0.25g/L，溶液中Cu2+：Cd2+=1：3時(shí)除鎘效果最佳。.第13頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 鋅粉置換除銅、鎘 加鋅粉的凈化過(guò)程在機(jī)械攪拌槽或沸騰凈化槽內(nèi)進(jìn)

8、行。凈化后的過(guò)濾設(shè)備一般采用壓濾機(jī)。濾渣稱銅鎘渣，由銅、鎘和鋅組成，含Zn3540%、Cu 36%、Cd 410%，送去回收鋅、銅、鎘。 當(dāng)鋅粉一段除銅、鎘后，可使中性液中含銅由200400mg/L降至0.5mg/L以下，含鎘400500mg/L降至7mg/L以下。.第14頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 在熱力學(xué)上用鋅粉可以置換除鈷，且能除至很低的程度。但實(shí)踐中單純用鋅粉置換除鈷很困難。為了有效地凈化除鈷，必須在較高溫度下，加鋅粉的同時(shí)添加某些降低鈷超電壓的較正電性金屬，如銅、錫、砷、銻或其鹽類。在此條件下，鈷與鋅和各種不同金屬組成微電池： 鈷在微電池陰極析出的條件是|EZn|E

9、Co|，鋅粉置換反應(yīng)便可不斷進(jìn)行，且差別愈大，置換速度愈快。陰極析出電位EZn和ECo隨離子濃度、溶液溫度以及作為陰極的性質(zhì)而變化。 鐵系元素離子超電壓以及溫度、濃度對(duì)析出電位的影響見(jiàn)下表。.第15頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 由表中看出，隨溫度的升高，|EZn|與|ECo|的差值增大，有利于鋅粉除鈷；當(dāng)中性浸出液中鋅的濃度愈高，而要求除鈷濃度達(dá)到愈低，則過(guò)程愈難進(jìn)行。 .第16頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 溫度和組成微電池反應(yīng)的不同陰極材料對(duì)|ECo|的也有影響，在較高溫度下，當(dāng)有較正電性金屬銻、錫存在時(shí)，鈷則容易被鋅粉所置換。 在高溫及添加活化金屬的鋅粉置換

10、過(guò)程中，在除鈷的同時(shí)，還能除去溶液中其它微量雜質(zhì)砷、銻、鎳、銅、鍺等，從而達(dá)到溶液的深度凈化。所用的方法有砷鹽凈化法、銻鹽凈化法和合金鋅粉凈化法。.第17頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 1)砷鹽凈化法：是基于在有Cu2+存在及8090的條件下，在攪拌的情況下加鋅粉及As2O3（或砷酸鈉）使鈷沉淀析出。該法適于處理含鈷比較低的溶液。 在砷鹽凈化階段，溶液中的銅、鎳、鈷、砷、銻幾乎完全沉下，鎘因復(fù)溶則留在溶液中。為使凈化液的鎘符合電解要求，大多數(shù)工廠采用兩段凈液流程除鎘，即第一段在高溫(8095)下加鋅粉、硫酸銅、As2O3除鈷、銅等雜質(zhì)；第二段低溫(4565)加鋅粉除鎘。為了進(jìn)一步

11、除鎘以保證溶液質(zhì)量，有時(shí)還采用第三段、第四段凈化除鎘的多段凈化流程。.第18頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳）.第19頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 砷鹽凈化法的缺點(diǎn)：過(guò)程的溫度高（8095）產(chǎn)生AsH3毒氣鋅粉耗量大鈷易反溶而降低除鈷效率。 采用銻鹽凈化法和合金鋅粉凈化法替代砷鹽凈化法。.第20頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 2)銻鹽凈化法：原理類似于砷鹽除鈷，其優(yōu)點(diǎn)是：銻的活性大，添加劑的消耗少，可不加或少加硫酸銅；由于SbH3容易分解，置換過(guò)程可以說(shuō)無(wú)有毒氣體產(chǎn)生；銅、鎘先除后，加銻除鈷的效果更好。 銻的活化劑有Sb2O3、銻粉及酒石酸銻鉀、酒石酸銻

12、鈉等銻鹽化合物,其實(shí)質(zhì)是Sb的作用，因此統(tǒng)稱為銻鹽凈化法。 國(guó)外大多采用逆銻凈化工藝，即第一段在低溫(55)加鋅粉除銅、鎘，第二段在較高溫度(85)加鋅粉及銻活性劑除鈷及其它微量雜質(zhì)。為了保證鎘合格，一些工廠再加第三段低溫除鎘。 與砷鹽凈化法比較，銻鹽凈化所采用的高低溫度恰恰倒過(guò)來(lái)，第一段為低溫，第二段為高溫，故稱逆銻凈化法。.第21頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳）.第22頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 2)銻鹽凈化法 我國(guó)一些工廠采用第一段高溫除鈷、銅及第二段低溫除鎘的兩段正銻凈液流程。 銻鹽法與砷鹽法除鈷的副反應(yīng)是已沉淀的鈷發(fā)生反溶而降低除鈷效率，一般除鈷效率95

13、%。所以，一些工廠在凈化末期還要補(bǔ)加一至二次鋅粉，以保證有足夠的鋅粉與置換出的金屬結(jié)合，使溶液中鈷達(dá)到要求程度，但會(huì)增加溶液中銻濃度。.第23頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.3 鋅粉置換除鈷（鎳） 3)合金鋅粉凈化法：采用Zn-Sb、Zn-Pb、Zn-Pb-Sb合金鋅粉代替純鋅粉。合金鋅粉一般Sb2%、Pb100mg/L時(shí)，應(yīng)凈化除氯。 （1）硫酸銀沉淀除氯：是往溶液中添加硫酸銀與其中的氯鹽作用，生成難溶的氯化銀沉淀。Ag2SO4+2C1 = 2AgC1+SO42- （2）銅渣除氯：因?yàn)殂y比較貴，有的工廠用處理銅鎘渣以后的海綿銅渣（2530%Cu、17%Zn、0.5%Cd）來(lái)除氯。該法是基于銅及銅離子與

14、溶液中的氯離子相互作用，形成難溶的Cu2Cl2沉淀：Cu (海綿銅) + Cu2+ + 2Cl- = Cu2Cl2 過(guò)程溫度4560，酸度510克/升，經(jīng)56小時(shí)，則將溶液中含Cl- 5001000毫克/升降至100150毫克/升。 （3）離子交換除氯：國(guó)內(nèi)某廠采用國(guó)產(chǎn)717強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂，除氯效率達(dá)50%。 .第28頁(yè)，共41頁(yè)。4.4.2 凈化除氟 氟來(lái)源于鋅煙塵的氟化物，浸出時(shí)進(jìn)入溶液。電解液中的氟離子會(huì)腐蝕陰極鋁板，使陰極鋅剝離困難。當(dāng)溶液中含F(xiàn)-80mg/L時(shí)，須凈化除氟。一般可在浸出過(guò)程中加入少量石灰乳，使氫氧化鈣與氟離子形成不溶性氟化鈣（CaF2），但除氟效果不佳。也可用硅膠在

15、酸性（130毫克/H2SO4）溶液中使氟吸附在硅膠上，除氟率達(dá)2654%。 一些工廠采用預(yù)先火法（如多膛爐）焙燒脫除鋅煙塵中的氟、氯，并同時(shí)脫砷、銻，這樣氟、氯則不進(jìn)入濕法系統(tǒng)。.第29頁(yè)，共41頁(yè)。4.4.3 凈化除鈣、鎂 濕法煉鋅溶液中鈣、鎂的來(lái)源主要有原料鋅精礦、濕法冶煉過(guò)程的的輔助材料（錳礦粉）和在中性浸出后期加入石灰乳（CaO）中和調(diào)節(jié)pH值時(shí)進(jìn)入到系統(tǒng)中。 鈣、鎂鹽類進(jìn)入到濕法煉鋅溶液系統(tǒng)中，不能用一般凈化方法除去。鈣、鎂鹽會(huì)在整個(gè)濕法系統(tǒng)的溶液中不斷循環(huán)積累，直至達(dá)飽和狀態(tài)。.第30頁(yè)，共41頁(yè)。4.4.3 凈化除鈣、鎂 （1）鈣鎂鹽類進(jìn)入濕法煉鋅溶液系統(tǒng)，使溶液的粘度增大，使浸

16、出礦漿的液固分離和過(guò)濾困難。CaSO4和 MgSO4在過(guò)濾布上結(jié)晶析出時(shí)，還會(huì)堵塞濾布毛細(xì)孔，使過(guò)濾無(wú)法進(jìn)行。 （2）含鈣鎂鹽飽和的溶液，在溶液循環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)局部溫度下降時(shí)，Ca2+，Mg2+分別以CaSO4和MgSO4結(jié)晶析出，在容易散熱的設(shè)備外殼和輸送溶液的金屬管道中沉積、結(jié)垢，造成設(shè)備損壞和管路堵塞。 （3）鋅電積液中，增加電積液的電阻，降低鋅電積的電流效率。 鈣、鎂鹽類在溶液中大量存在，給濕法煉鋅帶來(lái)一些不良影響：.第31頁(yè)，共41頁(yè)。4.4.3 凈化除鈣、鎂 除鈣、鎂的方法主要有：在焙燒前除鎂：稀硫酸洗滌法除Mg溶液集中冷卻除鈣、鎂氨法（石灰乳中和）除鎂電解脫鎂。.第32頁(yè)，共41頁(yè)

17、。4.5 凈化過(guò)程主要設(shè)備 凈化過(guò)程主要設(shè)備是凈化槽，有沸騰凈化槽和機(jī)械攪拌槽，凈化過(guò)程液固分離采用壓濾機(jī)和管式過(guò)濾器等。4.5.1 沸騰凈液槽 我國(guó)濕法煉鋅廠采用連續(xù)沸騰凈液槽除銅、鎘。沸騰槽體用鋼板焊成，內(nèi)襯鉛皮。鋅粉由上部導(dǎo)流筒加入，溶液由下部進(jìn)液口沿切線方向壓入，在槽內(nèi)螺旋上升，并與鋅粉呈逆流運(yùn)動(dòng)，在沸騰床內(nèi)形成強(qiáng)列攪拌而加速置換反應(yīng)的進(jìn)行。其主要技術(shù)性能為：生產(chǎn)能力6080m3/小時(shí)臺(tái)；有效容積20m3；溶液在槽內(nèi)停留時(shí)間20分鐘。該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連續(xù)作業(yè)，強(qiáng)化過(guò)程，生產(chǎn)能力大，使用壽命長(zhǎng)，勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)。.第33頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.1 沸騰凈液槽.第34頁(yè)，共41頁(yè)。4.5

18、.1 沸騰凈液槽.第35頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.2 機(jī)械攪拌槽 槽子容積為50100m3，凈化槽也趨于擴(kuò)大化，有200m3等。槽材質(zhì)有木質(zhì)、不銹鋼及鋼筋混凝土槽體。槽內(nèi)攪拌器為不銹鋼制，轉(zhuǎn)速為45140轉(zhuǎn)/分。機(jī)械攪拌凈化槽可單個(gè)間斷作業(yè)，也可幾個(gè)槽作階梯排列形成連續(xù)作業(yè)或用虹吸管連接連續(xù)作業(yè)。.第36頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.3 板框壓濾機(jī) 板框壓濾機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適應(yīng)性強(qiáng)，溶液質(zhì)量較好等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是：間歇作業(yè)，裝卸作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，濾布消耗高。 .第37頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.4 箱式壓濾機(jī) 以濾板的棱狀表面向里凹的形式來(lái)代替濾框，這樣在相鄰的濾板間就形成了單獨(dú)的濾箱。 .第38頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.5 管式過(guò)濾器 我國(guó)研制成功的尼龍管式過(guò)濾器，是一種高效的液固分離設(shè)備，一些工廠已用