一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法技術

本發明專利技術公開了一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法，該方法是在溫度為45～70℃、且pH＞4.0的含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中加入金屬錳粉和/或錳基合金粉，攪拌反應，反應完成后，過濾分離，即得銅、鎘、鎳和鈷含量均低于0.8ppm的硫酸鋅溶液，該方法能從硫酸鋅溶液中一步同時高效脫除銅、鎘、鎳和鈷，且不引入危害鋅電解的雜質，工藝過程簡單、成本低，無需復雜特殊設備，具有良好的工業化應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳、鈷的方法，屬于濕法煉鋅領域。
技術介紹
銅、鎘、鎳、鈷是濕法煉鋅工藝中主要雜質元素，其在硫酸鋅溶液中含量高低對電鋅產品質量、經濟技術指標以及濕法煉鋅系統的正常運轉影響顯著。例如，當硫酸鋅溶液中鈷離子超過1mg/L時，會導致鋅電解系統電流效率降低，嚴重時發生燒板現象。而銅、鎘離子含量超標時，所得電解鋅質量下降，無法產出合格的0#鋅產品。因而，濕法煉鋅工藝對硫酸鋅溶液中的銅、鎘、鎳、鈷等雜質離子濃度有極其嚴格要求，通常要求這些雜質含量均小于0.8mg/L，甚至更低。目前，采用鋅粉置換法仍是從硫酸鋅溶液中脫除銅、鎘、鎳、鈷的經典工藝，其原理如表1所示。表1鋅粉與銅、鎘、鈷、鎳雜質離子間的電極電勢電極反應標準電極電勢E/V超電勢η/V與鋅粉反應的電動勢ε/V1Zn2++2e-＝Zn-0.76262Cu2++2e-＝Cu0.340.351.45263Cd2++2e-＝Cd-0.4031.131.48964Co2++2e-＝Co-0.2770.20.68565Ni2++2e-＝Ni-0.2570.30.8056由表1可知，鋅粉與銅、鎘、鈷、鎳的置換反應的的電極電勢均大于零，表明這些反應均可發生，且置換反應順序為：Cd＞Cu＞Ni＞Co。此外，由于鋅與銅、鎘的反應電動勢遠高于其與鎳、鈷的反應電動勢，這意味著鋅粉對銅、鈷的置換反應趨勢要優先于其對鎳、鈷的置換。這也就是在實際生產過程中，銅和鎘易于脫除，而鎳和鈷難于脫除的原因所在。為了解決這一問題，在濕法煉鋅凈化過程中，采用反應溫度改變來調控鋅粉對銅、鎘、鈷、鎳的凈化效果。實踐證明，在50-60℃，采用鋅粉可有效脫除硫酸鋅溶液中的銅和鎘，但對鎳、鈷脫除效果不佳。而在90℃反應條件，鋅粉對銅、鎘、鈷、鎳均有較好的脫除效果，但由于高溫條件下，銅和鎘的返溶現象明顯，無法實現銅、鎘的深度凈化，為此，需要降溫進行深度除銅和鎘?；阡\粉與銅、鎘、鈷、鎳等雜質離子發生置換反應的電動勢以及產物穩定性的原因，業界開發了兩種不同凈化技術路線:(1)首先在50-60℃加鋅粉除去硫酸鋅溶液中的銅和鎘，過濾后將溶液升溫至80-90度，再加鋅粉除鈷；過濾后將溶液降至50-60℃，加鋅粉進行掃鎘，即所謂逆向凈化工藝。(2)首先將硫酸鋅溶液升溫至80-90℃，加鋅粉除銅鎘鈷鎳，然后降溫至50-60℃，加鋅粉進行銅、鎘深度凈化，即所謂正向凈化。其中，逆向凈化在濕法煉鋅行業應用較為廣泛。然而，不論正向凈化，還是逆向凈化，均需要多段操作，凈化流程較長，均需多次強制調控溶液溫度，能耗較高。此外，由于鋅粉在硫酸鋅溶液中容易鈍化，其利用率較低，導致凈化成本較高。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的不足，本專利技術的是目的在于提供一種從硫酸鋅溶液中一步同時高效脫除銅、鎘、鎳和鈷，且不引入危害鋅電解的雜質的方法。為實現上述技術目的，本專利技術提供了一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法，該方法是在溫度為45～70℃、且pH＞4.0的含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中加入金屬錳粉和/或錳基合金粉，攪拌反應，反應完成后，過濾分離，即得銅、鎘、鎳和鈷含量均低于0.8ppm的硫酸鋅溶液。優選的方案，金屬錳粉和/或錳基合金粉的質量為含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中銅和鎘總質量的3～8倍；在該范圍內，金屬錳粉和/或錳基合金粉的用量越大，除雜效果越好。較優選的方案，錳基合金粉由錳與鋅、銻、鉛、鐵和銅中至少一種組成，其中，錳基合金粉中錳質量百分比含量大于90％。優選的方案，金屬錳粉或錳基合金粉粒度為-80目，在該粒度范圍內，粒度越細除雜效果越好。優選的方案，攪拌反應時間為40～150min。優選的方案，攪拌反應過程在惰性氣氛保護下進行。優選的方案，含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液的pH為4.2～6.8。本專利技術的技術方案中，過濾分離所得濾渣用于銅、鎘、鎳和鈷回收的二次資源。本專利技術的技術方案中，反應過程中無需其他活化劑和添加劑。本專利技術的技術方案中，采用錳基合金粉除雜的效果優于采用金屬錳粉除雜。本專利技術的技術原理：首先，金屬錳的還原電勢(-1.17)高于金屬鋅的還原電勢(-0.7626)，這使得金屬錳對銅、鎘、鈷及鎳的置換能力要強于金屬鋅；也就是說，在較低的溫度下，即可實現銅、鎘、鈷及鎳的深度凈化，徹底改變現有鋅粉凈化工藝中，為脫除銅鎘鎳鈷以及避免銅鎘的返溶，需對溶液進行升溫和降溫操作的現狀。此外，金屬錳較高的還原電勢，使得凈化渣中銅、鎘、鈷、鎳穩定性較好，避免了返溶現象的發生。大量實驗證明，控制硫酸鋅溶液溫度為45～70℃時，以金屬錳粉或錳基合金粉均可一步脫除銅、鎘、鈷、鎳等雜質。其次，相對于鋅粉，金屬錳粉或錳合金粉表面氧化膜疏松，其在高濃度的硫酸鋅溶液中不易鈍化，因而利用率較高?；谝陨显?，使得本專利技術所提及的方法能夠實現一步脫除硫酸鋅溶液中的銅、鎘、鈷、鎳等雜質。與現有鋅粉凈化工藝相比，本專利技術具有以下優勢：(1)采用的金屬錳或錳基合金粉還原電勢高，活性強，可一步同時高效脫除硫酸鋅溶液中的銅鎘鎳鈷；(2)凈化效率高，金屬錳或錳基合金粉等耗量低，使用成本低。(3)反應過程無需多次調控反應溫度，能耗較低。(4)凈化深度高，沉淀后的金屬雜質不返溶，且不引入危害濕法煉鋅的雜質。(5)操作簡單，成本低、工藝條件溫和，易于產業化實施。附圖說明【圖1】為實施例1中錳銅合金粉除雜前后微觀形貌和EDS分析結果：a為凈化除雜前微觀形貌；a’為凈化除雜前EDS分析；b為凈化除雜后微觀形貌；b’為凈化除雜后EDS分析。【圖2】為實施例2中金屬錳粉除雜前后微觀形貌和EDS分析結果：a為凈化除雜前微觀形貌；a’為凈化除雜前EDS分析；b為凈化除雜后微觀形貌；b’為凈化除雜后EDS分析?！緢D3】為對比例1中金屬鋅粉除雜前后微觀形貌和EDS分析結果：a為凈化除雜前微觀形貌；a’為凈化除雜前EDS分析；b為凈化除雜后微觀形貌；b’為凈化除雜后EDS分析。具體實施方式以下實施例旨在進一步說明本
技術實現思路
，而不是限制本專利技術權利要求的保護范圍。實施例1量取1.6L除鐵后液(Zn:142g/L，Cu:318mg/L，Cd:533mg/L，Ni:15.4mg/L，Co:13.8mg\本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法，其特征在于：在溫度為45～70℃、且pH＞4.0的含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中加入金屬錳粉和/或錳基合金粉，攪拌反應，反應完成后，過濾分離，即得銅、鎘、鎳和鈷含量均低于0.8ppm的硫酸鋅溶液。

【技術特征摘要】
1.一種從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法，其特征在于：在溫度為45～70
℃、且pH＞4.0的含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中加入金屬錳粉和/或錳基合金粉，攪拌反
應，反應完成后，過濾分離，即得銅、鎘、鎳和鈷含量均低于0.8ppm的硫酸鋅溶液。
2.根據權利要求1所述的從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法，其特征在于：
金屬錳粉和/或錳基合金粉的質量為含銅、鎘、鎳和鈷的硫酸鋅溶液中銅和鎘總質量的3～8
倍。
3.根據權利要求1或2所述的從硫酸鋅溶液中一步脫除銅、鎘、鎳和鈷的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李玉虎，劉志宏，劉付朋，高祿鵬，李啟厚，劉智勇，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43