一種硫酸鋅溶液的脫氯方法
【專利摘要】一種硫酸鋅溶液的脫氯方法，含鋅100～150克/升、含氯0.5～5.0克/升的硫酸鋅溶液，配入硫酸，得到硫酸濃度20～75克/升的酸性溶液，酸性溶液在常溫、電流密度為50～200A/m2的條件下，在四隔膜電解槽內進行選擇性電滲析，得到含氯0.1～0.3克/升的低氯溶液和含氯5～20克/升的高氯溶液；低氯溶液用于生產電鋅；高氯溶液采用氯化亞銅法沉氯，得到含氯0.4～1.0克/升的沉氯溶液；沉氯溶液加入鋅粉置換除銅，產出含氯0.4～1.0克/升的除銅液；除銅液再返回配酸并進行選擇性電滲析。采用本發明，能夠低成本、高效率脫除硫酸鋅溶液中的氯離子。
【專利說明】一種硫酸鋅溶液的脫氯方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有色金屬濕法冶金領域，特別是一種硫酸鋅溶液的脫氯方法。
【背景技術】
[0002]在金屬鋅的生產硬性規定中，占總量75%以上的金屬鋅是通過濕法生產的。濕法生產金屬鋅的通用流程為:鋅精礦進行脫硫焙燒產出焙砂一一焙砂用硫酸浸出產出硫酸鋅溶液——硫酸鋅溶液凈化除雜產出硫酸鋅凈化液——硫酸鋅凈化液電解產出陰極鋅片一一陰極鋅片熔融澆鑄得到鋅錠產品。
[0003]在濕法生產金屬鋅的工藝中，硫酸鋅溶液的凈化除雜是一個很重要的過程，在此過程中，需要除去的雜質元素有銅、鎘、砷、銻、鈷、鎳、錫、鎵、鍺、硒、鈣、鎂、氟、氯等。除去銅、鎘、砷、銻、鈷、鎳、錫、鎵、鍺、硒等元素，主要通過加入鋅粉進行置換，使溶液中的雜質元素由離子轉變為單質固體或固體化合物，從溶液中析出，以達到脫除目的；除去鈣、鎂，主要通過降低法，將溫度較高的溶液進行快速降溫，以降低硫酸鈣和硫酸鎂的溶解度，使鈣、鎂分別以硫酸鈣晶體和硫酸鎂晶體形式從溶液中沉淀出來，以達到降低鈣、鎂的目的；除去溶液中的氟，主要通過氟離子與一些金屬子生成溶解度較小的鹽，如氟化鈣、氟化鎂等；除去溶液中的氯離子，主要方法有以下五種:
[0004](I)、氯化銀沉淀法:該方法是利用銀離子與氯離子反應，生成溶解度很小且穩定性很好的氯化銀沉淀物，該方法具有反應速度快、脫氯程度高的優點，其缺點是生產成本很高，根本無法在工業生產中推廣應用。
[0005](2)、氯化亞銅沉淀法:該方法是利用銅離子、銅單質與氯離子共同作用，生成溶解度較小、穩定性較差的氯化亞銅沉淀物，該方法具有生產成本較低的優點，適合處理溶液含氯較高的溶液，其缺點是脫氯程度較差、脫氯產物不穩定，且脫氯溶液還需要進行除銅，不宜處理含氯較低的溶液。
[0006](3)、針鐵礦共沉淀法:該方法是利用溶液沉鐵過程中，生成針鐵礦沉淀物時，部分氯離子置換并替代針鐵礦分子中的氫氧根離子，并與針鐵礦一起，形成共沉淀，該方法具有生產成本較低、產物穩定很的優點，適合處理含鐵很高且含氯較低的溶液，其缺點是所處理的溶液需要較高的鐵含量，且脫氯效率不高，不宜處理低含鐵量溶液。
[0007](4)、離子樹脂交換法:該方法 是利用強堿性樹脂或改性強堿性樹脂上的特定功能團結構對氯離子具有優先吸附的特性，當溶液流經樹脂時，溶液中的氯離子吸附到樹脂上， 達到脫除氯離子的目的。該方法具有生產成本較低、處理能力大的優點，其缺點是脫氯效率低、鋅金屬損失大、淋洗液處理困難，且排放廢水。
[0008](5)、有機溶劑萃取法:該方法是利用中性有機萃取劑上的特定功能團結構對氯化物具有優先萃取(絡合)的特性，在萃取設備內，有機萃取劑和含氯溶液在攪拌設施的作用下，相互間高度分散，溶液中的氯化物被萃取(絡合)到有機萃取劑分子內，達到脫除氯離子的目的。該方法具有生產成本較低、處理能力大、金屬損失小的優點，其缺點是脫氯效率低、 反萃取液處理困難，且排放廢水。
【發明內容】

[0009]本發明的目的是提供一種硫酸鋅溶液的脫氯方法，能夠低成本、高效率脫去硫酸鋅溶液中的氯離子，使溶液中的氯離子含量達到生產電解鋅的質量要求，且工藝過程不產出廢液，有效保護環境。
[0010]本發明通過以下技術方案實現上述目的:一種硫酸鋅溶液的脫氯方法，包括如下步驟: [0011](I)、配酸:含鋅100~150克/升、含氯0.5~5.0克/升的硫酸鋅溶液，配入硫酸，得到硫酸濃度20~75克/升的酸性溶液；
[0012](2)、選擇性電滲析:酸性溶液在常溫、電流密度為50~200A/m2的條件下，在四隔膜電解槽內進行電解；得到含氯0.1~0.3克/升的低氯溶液和含氯5~20克/升的高氯溶液，低氯溶液用于生產電鋅；
[0013](3)高氯液沉氯:高氯溶液在溫度20~80°C，加入硫酸銅和金屬銅粉，采用常規的氯化亞銅法沉氯,得到含氯0.4~1.0克/升的沉氯溶液；
[0014](4)沉氯液除銅:沉氯溶液在溫度20~80°C，加入鋅粉置換除銅，產出含氯0.4~1.0克/升的除銅液；除銅液再返回步驟(1)配酸。
[0015]本發明所述的四隔膜電解槽是在一個主電解槽內安裝15~20個隔膜槽，每個隔膜槽內共安裝了四塊樹脂膜，一塊為陽離子交換膜，一塊為陰離子交換膜，另外兩塊為納濾膜。
[0016]本發明的突出優點在于:
[0017]采用本發明能夠低成本、高效度脫去硫酸鋅溶液中的氯離子，使溶液的氯離子含量達到電解液的標準要求，為企業拓寬原料來源，增強市場競爭能力。
[0018]在配酸過程中，由于沒有發生化學反應，只是離子在溶液中進行擴散，設備簡潔，操作簡單。
[0019]在電解過程中使用了四隔膜電解槽，當含氯0.5~5.0克/升、含酸20~75克/升的硫酸鋅酸性溶液進入電解槽后，在直流電場的作用下，溶液中的硫酸根離子、氯離子、鋅離子和氫離子作定向遷移，在電解槽內陽離子交換膜具有只允許陽離子通過，不允許陰離子通過的特點，陰離子交換膜則相反，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過，而納濾膜卻只允許一價的小半徑離子和水分子通過，二價及以上的離子和其它分子將被截留。結果，在電場的作用，通過離子的定向移動和膜的定性攔截后，在隔膜槽內室得到含氯較高的溶液，而從電解槽流出來的溶液是含氯較低的溶液。
[0020]在四隔膜電解槽內進行電解時，除陰陽極板發生化學反應外，隔膜槽內和隔膜槽間的各種主要離子只是作定向遷移，沒有發生電化學反應，因此，在四隔膜電解槽電解時，消耗的電量少，電能成本低。
[0021]從電解槽流出來的低氯溶液，其氯離子含量達到生產電解鋅的質量要求，進行電解生產電鋅。
[0022]從隔膜電解槽內室收集到的高氯溶液，適合采用氯化亞銅法沉氯法脫氯，采用常規的氯化亞銅法沉氯后，沉氯溶液再采用鋅粉置換除銅，除銅液再返回配酸并再進行隔膜電解。[0023]在本發明的整個脫氯過程中，所有溶液實現封閉循環，沒有廢液產出，因此，具有較高的鋅金屬回收率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發明所述的硫酸鋅溶液的脫氯方法的工藝流程圖。
[0025]圖2為本發明所述的特制的四隔膜電解槽結構圖，
[0026]圖中標記為:
[0027]主電解槽1、陰極板2、隔膜槽3，圖2中示意共有四個隔膜槽，其中，陰離子交換膜 3 - 1、納濾膜3 - 2、陽離子交換膜3 - 3、酸性硫酸鋅溶液4、陽極板5。
【具體實施方式】
[0028]以下通過實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
[0029]實施例1
[0030]本實施例為本發明所述的一種硫酸鋅溶液的脫氯方法第一實例，包括如下步驟:
[0031]( I )、配酸:含鋅100克/升、含氯0.5克/升的硫酸鋅溶液90立方米，配入硫酸I 噸，得到硫酸濃度20克/升的酸性溶液90.5立方米；
[0032]⑵、電解:在安裝15個隔膜槽的四隔膜電解槽內，酸性溶液在溫度25°C、電流密度為50A/m2、總槽電壓12V、每塊隔膜有效面積為680mm*670mm=0.6m2、進液速度0.4m3/h的條件下進行電解，產出0.37m3/h的含氯0.1克/升溶液和得到0.03m3/h的含氯5.4克/升溶液，含氯0.1克/升的溶液用于生產電鋅；
[0033](3)高氯液沉氯:高氯溶液6.8立方米,在溫度20°C,加入五水硫酸銅210公斤和金屬銅粉40公斤，攪拌30分鐘后，過濾，得到含氯0.4克/升、含銅3.0克/升的沉氯溶液 6.8立方米和含銅51%、含氯25%的氯化亞銅渣139公斤；
[0034](4)沉氯液除銅:沉氯溶液6.8立方米，在溫度20°C，加入鋅粉30公斤，攪拌60分鐘后過濾，產出含氯0.4克/升、含銅0.2毫克/升的除銅液6.8立方米；除銅液6.8立方米再返回步驟(1)配酸。
[0035]實施例2
[0036]本實施例為本發明所述的一種硫酸鋅溶液的脫氯方法的第二實例，包括如下步驟:
[0037](1)、配酸:含鋅130克/升、含氯3克/升的硫酸鋅溶液120立方米，配入硫酸3 噸，得到硫酸濃度45克/升的酸性溶液121立方米；
[0038]⑵、電解:在安裝了 20個隔膜槽的四隔膜電解槽內，酸性溶液在溫度30°C、電流密度為120A/m2、總槽電壓25V、每塊隔膜有效面積為980mm*970mm=0.95m2、進液速度0.4m3/ h的條件下電解，產出0.32m3/h的含氯0.25克/升低氯溶液和0.08m3/h的含氯15克/升高氯溶液，含氯0.25克/升的溶液用于生產電鋅；
[0039](3)高氯液沉氯:高氯溶液2位方米,在溫度50°C,加入五水硫酸銅1500公斤和金屬銅粉350公斤，攪拌30分鐘后，過濾，得到含氯0.5克/升、含銅2.5克/升的沉氯溶液2位方米和含銅49.1%、含氯25.7%的氯化亞銅渣1355公斤；
[0040](4)沉氯液除銅:沉氯溶液2位方米，在溫度50°C，加入鋅粉90公斤，攪拌60分鐘后過濾，產出含氯0.5克/升、含銅0.2毫克/升的除銅液2位方米；除銅液2位方米再返回步驟(1)配酸。
[0041]實施例3
[0042]本實施例為本發明所述的一種硫酸鋅溶液的脫氯方法的第三實例，包括如下步驟:
[0043](I )、配酸:含鋅150克/升、含氯5克/升的硫酸鋅溶液100立方米，配入硫酸7.7噸，得到含鋅146克/升、含硫酸75克/升、含氯4.85克/升的酸性溶液103立方米；
[0044](2)、電解:在安裝了 20個隔膜槽的四隔膜電解槽內，酸性溶液在溫度35°C、電流密度為200A/m2、總槽電壓24V、每塊隔膜有效面積為980mm*970mm=0.95m2、進液速度
0.35m3/h的條件下進行電解，產出0.27m3/h的含氯0.3克/升溶液和0.08m3/h的含氯20克/升溶液，含氯0.3克/升的溶液用于生產電鋅；
[0045](3)高氯液沉氯:含氯20克/升的高氯溶液23.5立方米,在溫度80°C,加入五水硫酸銅1750公斤和金屬銅粉440公斤，攪拌30分鐘后，過濾，得到含氯1.0克/升、含銅2.0克/升的沉氯溶液22.8立方米和含銅49.2%、含氯26.0%的氯化亞銅渣1665公斤；
[0046](4)沉氯液除銅:沉氯溶液23.5方米，在溫度80°C，加入鋅粉70公斤，攪拌60分鐘后過濾，產出含氯1.0克/升、含銅0.15毫克/升的除銅液23.5立方米；除銅液23.5立方米再返回步驟(1)配·酸。
[0047]實施例4
[0048]如圖2所示，本發明所述的四隔膜電解槽，包括主電解槽1、陰極板2、隔膜槽3，圖2中不意共有四個隔膜槽，其中，陰尚子交換膜3 — 1、納濾膜3 — 2、陽尚子交換膜3 — 3、酸性硫酸鋅溶液4、陽極板5。其結構和連接方式為:
[0049]在一個主電解槽內安裝15~20個隔膜槽，每個隔膜槽內共安裝了四塊樹脂膜，一塊為陽離子交換膜，一塊為陰離子交換膜，另外兩塊為納濾膜。
【權利要求】
1.一種硫酸鋅溶液的脫氯方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (I )、配酸:含鋅100~150克/升、含氯0.5~5.0克/升的硫酸鋅溶液，配入硫酸，得到含硫酸20~75克/升的酸性溶液； (2)、選擇性電滲析:酸性溶液在常溫、電流密度為50~200A/m2的條件下，在四隔膜電解槽內進行選擇性電滲析；得到含氯0.1~0.3克/升的低氯溶液和含氯5~20克/升的高氯溶液，低氯溶液用于生產電鋅； (3)高氯液沉氯:高氯溶液在溫度20~80°C，加入硫酸銅和金屬銅粉，采用常規的氯化亞銅法沉氯，得到含氯0.4~1.0克/升的沉氯溶液； (4)沉氯液除銅:沉氯溶液在溫度20~80°C，加入鋅粉置換除銅，產出含氯0.4~1.0克/升的除銅液；除銅液再返回步驟(1)配酸。
2.根據權利要求1所述的硫酸鋅溶液的脫氯方法，其特征在于，所述的四隔膜電解槽是一個主電解槽內安裝15~20個隔膜槽，每個隔膜槽內共安裝四塊樹脂隔膜，一塊為陽離子交換膜，一塊為陰離 子交換膜，另外兩塊為納濾膜。
【文檔編號】C22B3/46GK103572051SQ201310574820
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】吳鋆 申請人:吳鋆