一种硫酸锌溶液连续净化的方法及其净化槽的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硫酸锌溶液连续净化的方法及其净化槽，属于湿法炼锌技术领域。
【背景技术】
[0002]在金属锌锭产品的生产过程中，有75%以上的锌锭产品是采用湿法炼锌工艺流程生产。传统的湿法炼锌生产工艺主干流程有五个主要工艺过程，即锌精矿沸腾焙烧与烟气制酸、氧化锌浸出、硫酸锌溶液净化、硫酸锌净化液电解与锌片熔铸、浸出渣挥发处理。在锌精矿沸腾焙烧与烟气制酸过程中，精矿中的硫化锌被氧化为氧化锌和二氧化硫，二氧化硫进入烟气并经过烟气净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收后得到浓硫酸；氧化锌产物俗称锌焙砂，送入氧化锌浸出过程。在浸出过程中，浸出剂为电解废液，和补充的少量硫酸，在浸出过程中，焙砂中的氧化锌与硫酸反应，生成可溶解的硫酸锌，进入了溶液，同时，在过程中少量的杂质铜、镉、钴等也进入了硫酸锌溶液。为了确保后续的电解过程能够顺利进行，必须对硫酸锌溶液中的铜镉钴杂质进行脱除，即硫酸锌溶液净化。
[0003]目前，用于硫酸锌溶液净化除铜镉钴的主要设备是传统净化槽，净化剂为工业锌粉，生产工业锌粉的主要设备为电炉，因此，工业锌粉也称电炉锌粉。
[0004]传统净化槽通常是圆筒型，外部为钢筋混凝土结构或钢结构，内部衬有防腐材料，有些净化槽底部有锥度，净化槽配有搅拌机，净化槽用于连续净化除杂时，从上方或侧上方进液，从进液方向的对面侧上方以溢流形式出液。
[0005]硫酸锌溶液净化除铜镉钴时，根据金属锌的金属活性高于金属铜、镉、钴的金属活性，因此能够使用金属锌将溶液中的铜镉钴杂质离子进行置换，进行置换后，溶液中的铜镉钴杂质离子被除去，溶液得到了净化，所以净化的过程的实质是置换过程，即金属锌对溶液中的铜镉杂质离子进行置换的过程。使用传统净化槽对硫酸锌溶液进行净化时，净化剂为工业锌粉，锌粉的有效锌为80?93%，粒度0.025?0.150mm，锌粉从上部加入槽内，在搅拌机作用下，工业锌粉与溶液中的铜离子、镉离子、钴离子进行置换反应，锌粉中的锌金属转化为锌离子进入溶液，铜离子、镉离子、钴离子被置换，分别转化为金属铜小固体、金属镉小固体和金属钴小固体，从溶液中析出，经过压滤机进行固液分离后，产出铜镉钴渣，与溶液分离，实现溶液除去铜镉钴的目的。
[0006]采用工业锌粉和传统的连续净化槽，进行硫酸锌溶液净化除铜镉钴时，根据硫酸锌溶液杂质含量的不同，采用的净化工艺也有所区别，对于杂质含量较低的硫酸锌溶液，通常是一段同时除铜镉钴，同时除铜镉钴时，温度为80?90°C、时间120?180min ;而对于铜镉钴含量均较高的溶液，通常采用分步除铜镉钴，即第一步除铜，第二步除镉，第三步除钴；分步除铜、除镉条件为温度60?80°C时间为60?90min ;除钴则相对复杂，除钴的方法有高温锑盐法、高温砷盐法、钴试剂法、黄药除钴法、乙萘酚除钴法、高分子有机物络合法等，其中最常用的方法是高温锑盐法，该方法的净化温度较高，在85?95°C下进行，且需要加入三氧化二锑或金属锑为催化剂。由于工业锌粉有较大的比表面积，在使用工业锌粉除铜镉钴时，有较大的反应速度，因而具有投资省、占地小、生产效率高的优点。
[0007]但采用工业锌粉和传统连续净化槽进行硫酸锌溶液净化除铜镉钴时，工业电炉锌粉的消耗量很大，造成生产成本高，降低了经济效益。在除铜阶段，工业锌粉的消耗量至少为理论需要量的110%，而在除镉阶段，工业电炉锌粉的消耗量至少为理论需要量的2倍，在除钴阶段更高，通常达到30倍。如果要将溶液的镉、钴净化很彻底，则锌粉的过剩值很大，除镉过程超过理论需要量的2倍，除钴超过理论量的30倍。导致工业锌粉消耗量大幅度超过理论需要量的原因有三个，一是工业电炉锌粉的有效锌偏低，通常只有85%，导致锌粉活性低，二是由于工业锌粉与净化得到的铜镉钴渣粒度差很小，不能及时将反应生成的铜镉钴渣固体物质进行分离，铜镉钴渣固体物质对锌粉形成局部包裹，又进一步降低了锌粉的反应活性，三是净化反应结束后，由于净化槽本身的缺陷，无法将没有参与反应的剩余锌粉与铜镉钴渣分离，没有参与反应的剩余锌粉也进入了铜镉渣中，最终导致工业电炉锌粉的消耗量很大，通常达到3?10kg/m3溶液。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种硫酸锌溶液连续净化的方法及其净化槽。本发明以锌片为净化剂，实现锌片对硫酸锌溶液中的杂质铜镉钴离子的连续置换，具有锌片消耗量小、生产成本低、铜镉钴置换彻底、现场环境好的优点。
[0009]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种硫酸锌溶液连续净化的方法，包括进液管、净化槽槽壁、净化槽槽底、净化槽盖板、搅拌机、抽风管和出液管，所述净化槽槽壁、净化槽槽底和净化槽盖板组成净化槽槽体，所述搅拌机包括电机、支架、搅拌轴和搅拌桨，所述电机和支架均居中位于净化槽盖板上，所述搅拌轴和搅拌桨均居中位于净化槽槽体的内部，所述进液管位于净化槽盖板的一侧，所述抽风管位于净化槽盖板与所述进液管相对的一侧，所述出液管位于净化槽槽壁的上部与所述进液管相对的一侧，还包括滤板，所述滤板设在所述净化槽槽壁与所述出液管的连通处，所述滤板上设有滤孔，所述净化槽槽体内部装有锌片。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011]进一步，所述滤孔均勾分布，数量为100?2000个，孔径为4?30mm，相邻滤孔之间的孔中心距为6?35mm。
[0012]进一步，所述锌片的长度为20?200mm、宽度为10?50mm、厚度为1?3mm。
[0013]—种硫酸锌溶液连续净化的方法，该方法通过如上任一项所述的净化槽实现，包括以下步骤:将铜、镉、钴、锌质量浓度分别为0.2?2.0g/L、0.2?2.0g/L、0.002?0.050g/L、120?180g/L、pH值5.0?5.4的待处理的硫酸锌溶液，在所述净化槽内进行连续净化后，得到处理过的硫酸锌溶液和杂质。
[0014]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0015]进一步，所述处理过的硫酸锌溶液中铜、镉、钴、锌的质量浓度分别为0.0001?0.0002g/L、0.0003 ?0.0005g/L、0.0004 ?0.0005g/L、120.3 ?183.2g/L，pH 值为 5.2 ?5.4，所述杂质为铜、镉、钴。
[0016]进一步，在所述净化槽内连续净化的具体步骤为:待处理的硫酸锌溶液连续从所述进液管流入到所述净化槽槽体，启动搅拌机的电机，搅拌轴和搅拌桨开始运转，所述待处理的硫酸锌溶液与所述净化槽槽体内部的锌片发生置换反应，所述待处理的硫酸锌溶液中的杂质从溶液中析出，置换反应结束后，处理过的硫酸锌溶液和杂质的混合物，以溢流形式连续通过所述滤板上的滤孔，流到出液管，进而流出净化槽外，未参与反应的锌片残留物被滤板截留，继续停留在净化槽槽体内部参与下一个除杂过程，硫酸锌溶液的水汽和反应产生的气体由所述抽风管抽走，最后将所述混合物进行固液分离，即分别得到处理过的硫酸锌溶液和杂质。
[0017]进一步，所述反应产生的气体为氢气。
[0018]上述反应过程为:
[0019]Ζη+2Η+= Ζη 2++Η2 ?
[0020]本发明的净化槽，其工作原理如下:含有杂质铜镉钴金属离子的硫酸锌溶液，从进液管连续流入装有锌片的净化槽后，启动搅拌机，硫酸锌溶液在搅拌机的作用下在槽内运动，并与槽内的锌片接触，在锌片表面发生了置换反应，溶液中的铜镉钴杂质离子被金属锌置换，参与了置换反应的金属锌转变为可溶性的锌离子进入溶液，铜镉钴杂质离子被置换，从溶液中析出，分别生成金属铜小固体、金属镉小固体和金属钴小固体，也分别俗称铜渣、镉渣和钴渣；金属铜小固体、金属镉小固体和金属钴小固体，在搅拌机直接搅动和运动溶液冲击的双重作用下，脱离锌片表面，随着搅拌的不断进行，置换反应也在不断进行中，溶液中的铜镉钴杂质离子不断被锌片置换，杂质离子浓度越来越低，反应生成的铜渣、镉渣和钴渣小固体物质越来越多；当置换反应进行比较充分后，溶液中的铜镉钴杂质离子已经很少，铜镉钴杂质离子浓度已经很低，达到了脱去杂质铜镉钴离子的目的，置换反应结束，生成的铜镉钴渣小固体物质最后随着溶液一起流动，以溢流形式透过滤板上的滤孔流到出液管，再而流出净化槽外；反应残余的锌片，由于其尺寸大于设置在出液管前端的滤板滤孔，被滤板截留继续停留在净化槽内，没有随着溶液流动净化槽外，继续与新进入净化槽内的硫酸锌溶液发生置换反应；流出净化槽外的溶液和铜镉钴渣混合物，经压滤机进行固液分离后，得到铜镉钴渣和硫酸锌净化液，溶液中的铜镉钴杂质被彻底分离，达到了脱去杂质铜镉钴的目的。根据置换除铜镉钴消耗的锌