一种硫酸锌溶液置换除杂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置换除杂的方法及其净化槽，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85%左右的锌锭产品是采用湿法炼锌生产工艺流程。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，送入浸出过程。在浸出过程中，浸出剂为电解废液，并补充少量的硫酸，经过浸出后，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，为了确保锌的浸出率，浸出过程往往有两段，有的是三段或四段浸出，同时为了保证浸出液的质量，中性浸出是必不可少的，浸出得到的浸出渣送渣处理过程，在中性浸出得到的中性浸出液送到硫酸锌溶液净化过程。中性浸出液在净化过程中，净化剂主要是工业锌粉，通过锌粉净化后，硫酸锌溶液中的铜、镉、砷、锑、钴、镍等主要杂质被除去。除去铜、镉、砷、锑、钴、镍等主要杂质的硫酸锌净化液，送到电解过程，在直流电的作用下，硫酸锌溶液中的锌离子转变为锌金属从溶液中析出，得到电解锌片，电解锌片熔铸后得到锌锭产品。浸出过程得到的渣，配入煤或焦炭后，送到高温挥发设备如回转窑、烟化炉等设备处理，回收其中的锌金属。
[0003]在浸出过程中，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，用于硫酸锌溶液净化(净化实质为置换反应，因此净化过程，也称置换过程)除铜镉钴的主要设备是传统净化槽。
[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，净化槽的上部有进液管，底部有出液管，某些净化槽从底部进液，从上侧部出液。传统净化槽用于硫酸锌溶液置换除铜镉钴时，置换剂为工业锌粉，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、金属钴小固体，从溶液中析出，经过压滤机进行固液分离后，实现溶液除去铜镉的目的。
[0005]传统净化槽用于硫酸锌溶液置换除铜镉钴时，具有生产效率高的优点，在60?80°C的条件下，除铜镉的时间为60?90min。由于生产效率高，因此，设备投资省，占地小。
[0006]但净化槽用于硫酸锌溶液置换除铜镉钴时，工业锌粉的消耗量很大，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，工业锌粉的消耗量至少为理论需要量的200%。如果要将溶液的镉置换很彻底，则锌粉的过剩值很大，通常超过理论需要量的300%，除钴时更大，达到理论值的30倍以上，导致实际消耗量大幅度超过理论需要量的原因有三个，一是工业锌粉的有效锌偏低，通常只有85%，锌粉活性较低，二是由于工业锌粉与置换得到的铜镉渣粒度差很小，不能及时将反应生成的铜镉渣固体物质进行分离，铜镉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，三是置换反应结束后，由于设备本身的缺陷，无法将没有参与反应的剩余锌粉与铜镉渣分离，使没有参与反应的剩余锌粉也进入了铜镉渣中，最终导致锌粉的消耗量很大，通常达到3?10kg/m3溶液。
【发明内容】
[0007]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置换除杂的方法及其净化槽。本发明适合处理硫酸锌溶液，使用锌片作为净化剂，能实现锌对硫酸锌溶液中的铜镉钴杂质离子高效置换，具有锌片消耗小、生产成本低、铜镉钴杂质置换彻底、现场环境好的优点。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种硫酸锌溶液置换除杂的净化槽，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，所述的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下部，还包括滤板，所述滤板设在所述净化槽槽体内部，且位于所述搅拌桨的下方、所述出液管的上方，所述滤板上设有滤孔，所述滤板上装有锌片。
[0009]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述滤板上的滤孔均匀分布，滤孔数量为10000?50000个，滤孔孔径为4?20mm，相邻滤孔之间的间距为5?20mm。
[0011]进一步，所述锌片的长度为20?200mm、宽度为10?50mm、厚度为I?3mm。
[0012]—种硫酸锌溶液置换除杂的方法，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,0.005?0.050g/L、120?180g/L、pH值为5.0?5.4的待处理的硫酸锌溶液，在所述净化槽内进行置换除杂后，得到处理过的硫酸锌溶液和杂质。
[0013]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014]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0.00005?0.0002g/L、0.0002 ?0.0005g/L、0.0003 ?0.0005g/L、120.4 ?184.2g/L，pH 值为 5.2 ?
5.4，所述杂质为铜、镉、钴。
[0015]进一步，在所述净化槽内进行置换除铜镉钴杂质的具体步骤为:待处理的硫酸锌溶液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滤板上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，且通过所述滤孔进出滤板，置换反应结束后，处理过的硫酸锌溶液和杂质的混合物通过所述出液管流出净化槽外，未参与反应的锌片残留物被滤板截留，继续停留在滤板上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。
[0016]进一步，所述置换反应的时间为I?3小时。
[0017]进一步，所述除杂为一步除杂或分步除杂。
[0018]进一步，所述一步除杂为同时除去铜、镉、钴；所述分步除杂为第一步除铜、第二步除镉、第三步除钴，或第一步除铜、镉，第二步除钴。
[0019]进一步，所述反应产生的气体为氢气。
[0020]进一步，所述反应产生的气体为氢气。
[0021]上述反应过程为:
[0022]Zn+2H+= Zn 2++Η2 ?
[0023]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流入净化槽体后，溶液在搅拌机的作用下在槽内运动，与净化槽内的锌片接触，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、钴杂质离子从溶液中析出，生成金属铜、镉、钴小固体，俗称铜镉钴渣；金属铜、镉、钴小固体，在搅拌机的搅动和运动溶液的双重冲击下，脱离锌片表面并随着溶液运动，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粒或锌片置换，杂质离子浓度越来越低，反应生成的铜镉钴渣固体物质越来越多；1?3小时后，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离子的目的，净化除杂过程结束；最后，完成置换反应脱去杂质铜镉钴离子的溶液及置换反应过程中生成的铜镉钴渣透过滤孔从出液管流到净化槽外，没有参与反应的残留锌片被滤板截留，继续停留在净化槽内，参与下一个周期的置换除杂反应；流到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，得到铜镉钴渣和脱去杂质的硫酸锌溶液，溶液中的铜镉钴杂质已经被彻底分离，达到了脱去杂质铜镉的目的。根据置换除铜镉钴消耗的锌片量，定期向净化槽内补充锌片。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025]1.锌金属消耗量小。本发明采用的置换剂为锌片，锌片是纯度很高的金属锌，有效锌含量接近100% ;在置换反应过程中，反应生成的金属铜、镉、钴小固体，在搅拌机的搅动和运动溶液的双重冲击作用下，能够及时从锌片表面分离，由于锌片的粒度大于滤板的滤孔，被滤板截留，继续停留在净化槽内，这样随着溶液流动到净化槽外的置换物中只有金属铜、镉、钴小固体，没有带走锌片金属，没有造成锌片浪费，金属锌片的消耗全部用于置换反应，因此锌片的消耗量很小，几乎接近理论消耗量，仅有0.4?4kg/m3溶液。另外，由于金属锌片没有进入到置换渣中，因此，得到的置换渣纯度很高，简单处理后，就可以形成粗产品。