一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用，属于湿法冶金技术领域。

背景技术：

现代炼锌方法分湿法炼锌和火法炼锌，湿法炼锌由于资源来源广、环境友好和能耗较低等优点，其生产的电锌约占锌总量的80％以上，锌精矿的常规湿法冶炼流程是焙烧→浸出→净化→电积→高纯锌。锌电积用铅基合金做阳极，压延纯铝板做阴极，净化后的硫酸锌/硫酸溶液为电解液，在电场作用下，锌在阴极析出，同时电解液酸度提高，目前工业锌电积中，电解液中的锌的浓度为40-60g/l，硫酸浓度从110-140g/l提高到170-200g/l（铅锌冶金学，科学出版社，2002）。为了解决传统锌电积存在的问题，研究人员研究开发了新的电积工艺，如：zn-naclo4联合电解法；氢气、so2气体扩散阳极电积法；甲醇电积法等，但是上述方法存在工业化困难、阴阳极液易混合等诸多问题（材料导报，2008，22（2），86-89）。

在传统的锌电积过程中，阳极发生水的氧化，析出大量的氧气，气体逸出电解槽的液面会夹带大量的硫酸溶液液滴，形成“酸雾”，不仅会对厂房和设备造成腐蚀，而且使操作环境恶化，是当前湿法炼锌厂较难解决的环保问题之一。目前常见的解决办法，一是在电解槽内的液面上覆盖一层泡沫，但是泡沫常造成极板间短路，增加能耗，二是在电解槽上加盖，带来了极板装、出槽作业困难，且不能避免气体外泄。专利zl200620053101.6提出用弥散状的圆形或椭圆形状的固体覆盖物防治酸雾。该方法虽然酸雾的产生有所改善，但很难避免酸雾产生。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种双电解槽电积提取锌的装置及其应用。本装置使用双电解槽，实现了金属锌电积提取过程阴、阳极反应过程的解耦合，即金属锌的阴极沉积和阳极氧析出分别在不同的电解槽进行。两个电解槽可以分别独立放置，将氧气析出与锌沉积在空间上彻底分离，可以将所有的氧气析出集中密闭设置，既避免了酸雾现象，也可以收集得到较高纯度的氧气。本发明通过以下技术方案实现。

一种双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、纯铝或锌阴极2、辅助电极ⅰ3、辅助电极ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有铝或锌阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，纯铝或锌阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4，辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4通过导线9连接。

所述辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4组成均为铅粉或海绵状铅、膨胀剂和阻化剂。

所述膨胀剂为铅粉或海绵状铅质量0.5%～1.0%硫酸钡、铅粉或海绵状铅质量0.5%乙炔黑中的一种或两种混合物。

所述阻化剂为铅粉或海绵状铅质量0.5%木素磺酸盐、铅粉或海绵状铅质量0.5%的松香中的一种或两种混合物。

一种双电解槽电积提取锌的装置的应用，所述阳极槽5中含硫酸电解液7中含有160g/lh2so4，阴极槽6中含硫酸锌电解液8中含有150g/lznso4，在现有技术中常规提取锌的电流密度下进行双电解槽电积，在纯铝或锌阴极2电积得到锌。

上述含硫酸电解液7为阴极槽6中含硫酸锌电解液8通过双电解槽电积锌后得到的硫酸溶液。

（1）应用工艺流程

双电解槽分别称为阳极槽和阴极槽，阳极槽放置铅合金或其它类型惰性阳极，阴极槽放置纯铝板或锌电极，电解槽内分别另外配置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。本工艺的电解液可以使用目前工业锌电积工艺电解液，新电解液从阴极槽进入，电解液中锌离子浓度降低后，进入阳极槽，酸度提高后，出阳极槽直接进入工业湿法炼锌的其他工序。阳极槽中的阳极接外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，只需交换即可继续使用。

具体反应原理如下：

阴极槽中：

zn²⁺+2e^-→zn

pb+so4^2--2e^-→pbso4

总反应：znso4+pb=zn+pbso4

阳极槽中：

pbso4+2e^-→pb+so4^2-

h2o–2e^-→1/2o2↑+h⁺

总反应：pbso4+h2o=pb+h2so4+1/2o2↑

电积过程总反应：znso4+h2o=zn+h2so4+1/2o2↑

（2）辅助电极的制备

将铅粉或海绵状铅、膨胀剂和阻化剂混合均匀，加入浓度18wt%硫酸搅拌均匀成膏状（加入量为铅粉或海绵状铅质量的27%），得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，在恒电流-5ma/cm²条件下电流化24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。

本发明的有益效果是：（1）本装置实现了金属锌电积提取过程阴、阳极反应过程的解耦合，阳极氧气析出可以集中管理，可以彻底解决了锌电积过程的酸雾问题，还可以得到纯净的氧气副产品；（2）由于避免了阴、阳极区的电解液互溶问题，阴极槽中硫酸浓度低，可以有效降低阴极锌的返溶；（3）本工艺与传统锌电积流程完全兼容，不影响现有工艺过程。

附图说明

图1是本发明装置示意图；

图2是本发明实施例1使用双电解槽（-□-）与对比实施例1单电解槽（-○-）的槽电压比较图，其中电流密度j=100a/m²，电解液为160g/lh2so4和150g/lznso4，压延铝板为阴极，铂片为阳极。

图中：1-惰性阳极，2-纯铝或锌阴极，3-辅助电极ⅰ，4-辅助电极ⅱ，5-阳极槽，6-阴极槽，7-含硫酸电解液，8-含硫酸锌电解液，9-导线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

该双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、纯铝阴极2、辅助电极ⅰ3、辅助电极ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有铝阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，纯铝阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4，辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4通过导线9连接。

（1）制备辅助电极

取5g铅粉（200目，3n），0.03g硫酸钡（铅粉质量0.6%），0.025g木素磺酸盐（铅粉质量0.5%）混合均匀，加入浓度18wt%硫酸1.35g（加入量为铅粉质量的27%），搅拌均匀成膏状，得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，恒电流-5ma/cm²电流化成24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。

（2）应用工艺流程

配置出浓度为160g/lh2so4和150g/lznso4的电解液。取2个250ml的烧杯，分别放入200ml配好的电解液，这2个烧杯分别称为阳极槽和阴极槽，然后按照图1连接电路，阳极槽放置铂片电极，阴极槽放置纯铝板，阳极槽放置辅助电极，阴极槽放置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。阳极槽中的铂电极接外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的铝板阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，两个辅助电极交换后即可继续使用进行电积。在电积过程中，电流密度为j=100a/m²条件下，阴极槽的槽电压约为0.75v，阳极槽的槽电压约为2.3v。辅助电极由于直接连接，电压为0v，电积系统总的电压，即铂电极和铝板电极之间的电压变化示于图2（-□-）。

对比实施例1

为对比说明，模拟传统的电积过程，将铂片电极和铝板电极放入同一个阴极电解槽中，不使用辅助电极条件下，保持电流密度j=100a/m²不变，即铂电极和铝板电极之间的电压变化示于图2（-○-）。

对比试验结果的图2中可以看出，双电解槽电积的槽电压较传统的单电解槽的槽电压约高0.1v，约占总槽压的3%。

实施例2

该双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、纯铝阴极2、辅助电极ⅰ3、辅助电极ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有铝阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，纯铝阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4，辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4通过导线9连接。

（1）制备辅助电极

取5g铅粉（200目，3n），铅粉质量0.5%硫酸钡，铅粉质量0.5%乙炔黑，铅粉质量0.5%木素磺酸盐，铅粉质量0.5%的松香混合均匀，加入浓度18wt%硫酸1.35g（加入量为铅粉质量的27%），搅拌均匀成膏状，得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，恒电流-5ma/cm²电流化成24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。

（2）应用工艺流程

配置出浓度为160g/lh2so4和150g/lznso4的电解液。取2个250ml的烧杯，分别放入200ml配好的电解液，这2个烧杯分别称为阳极槽和阴极槽，然后按照图1连接电路，阳极槽放置铂片电极，阴极槽放置纯铝板，阳极槽放置辅助电极，阴极槽放置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。阳极槽中的铂电极接外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的铝板阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，两个辅助电极交换后即可继续使用进行电积。在电流密度为j=100a/m²条件下进行电积，在铝板阴极上得到锌。

实施例3

该双电解槽电积提取锌的装置，包括惰性阳极1、锌阴极2、辅助电极ⅰ3、辅助电极ⅱ4、阳极槽5、阴极槽6、含硫酸电解液7和含硫酸锌电解液8，阳极槽5中装有惰性阳极1和含硫酸电解液7，阴极槽6中装有锌阴极2和含硫酸锌电解液8，惰性阳极1与电源正极连接，锌阴极2与电源负极连接，阳极槽5和阴极槽6内还分别设有辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4，辅助电极ⅰ3和辅助电极ⅱ4通过导线9连接。

（1）制备辅助电极

取5g海绵状金属铅粉体（3n），铅质量1.0%硫酸钡，铅质量0.5%木素磺酸盐，铅质量0.5%的松香混合均匀，加入浓度18wt%硫酸1.35g（加入量为铅质量的27%），搅拌均匀成膏状，得到铅膏，将铅膏压涂在铅合金格栅上，自然干燥。然后在10wt%硫酸溶液中，恒电流-5ma/cm²电流化成24小时，将原铅膏中的铅氧化物或硫酸盐转化为金属铅，表面涂敷后的铅合金格栅作为辅助电极。

（2）应用工艺流程

配置出浓度为160g/lh2so4和150g/lznso4的电解液。取2个250ml的烧杯，分别放入200ml配好的电解液，这2个烧杯分别称为阳极槽和阴极槽，然后按照图1连接电路，阳极槽放置铅银合金电极（pb-1wt%ag），阴极槽放置纯锌板，阳极槽放置辅助电极，阴极槽放置辅助电极，两个电解槽的辅助电极之间通过导线连接。阳极槽中的铅银合金电极外接电源的正极，通电后发生氧气析出反应，阴极槽中的锌板阴极接外接电源的负极，通电后发生金属锌的电沉积反应。辅助电极分别发生充电和放电反应，充放电完成后，两个辅助电极交换后即可继续使用进行电积。在电流密度为j=100a/m²条件下进行电积，在锌板阴极上得到锌。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。