專利名稱：控制金屬分離的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在鋅制備中控制例如鈷、鎳、銅、鍺和鎘的金屬去除的、如權利要求1前序中所述的方法和如權利要求13前序中所述的設備。
背景技術：
在濕法冶金制鋅過程中，將含鋅的礦石精選、焙燒并溶于硫酸。除了鋅，溶解時還釋放出銅、鈷、鎳和鎘，以及鍺和銻。通過在溶液提純過程中使用鋅粉還原以從溶液中去除這些金屬或半金屬，也就是雜質?？梢酝ㄟ^在沉淀反應器等中在一個或多個階段從含鋅溶液中沉淀來進行這些金屬的分離。在去除上述金屬之后，由硫酸鋅溶液電解還原鋅。在鋅制備中，必須從含鋅的材料中去除雜質以便成功并有效地電解還原鋅。特別地,Ge和Sb以及鐵族的金屬離子Co2+和Ni2+促使在電解中分層的鋅再溶解，從而導致電流效率的降低。
為了提高所需金屬的分離效率并加速溶液提純過程中的分離，在溶液中加入金屬鋅粉，以及至少一種活化劑?；罨瘎┘せ铍s質金屬的分離。此外，通?？梢允褂贸恋砣芤褐谐恋淼淖罱K產(chǎn)物或其性質來影響金屬分離或沉淀速率?；罨瘎┗虺恋淼慕饘倩衔锏念w粒表面必須凈化，以便它們能夠激活沉淀反應。
現(xiàn)有技術中已知多種優(yōu)化金屬去除的方法。現(xiàn)有技術中已知的是，在沉淀反應器的內(nèi)部測量金屬去除混合物的氧化還原電勢和pH值。利用測量結果調節(jié)該過程的變量，例如鋅的消耗。然而，存在一個問題，即浸在反應混合物中的氧化還原電勢和pH值測量電極變臟，導致測量結果誤差的增加。
此外，與連續(xù)金屬去除法有關的問題是對加入的鋅粉的調節(jié)。這種調節(jié)是困難的，而且鋅粉相對于該反應而言過量加入。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是消除上述缺陷。本發(fā)明的具體目的是公開一種用于提高并優(yōu)化鋅制備中的金屬去除的新型控制法和設備。此外，本發(fā)明的目的是優(yōu)化鋅粉的消耗，并在連續(xù)金屬去除中獲得質量有所改進的更純的含鋅溶液。
發(fā)明概要本發(fā)明的方法和設備的特征是權利要求中闡述的那些。
本發(fā)明基于一種在制鋅過程中控制連續(xù)金屬去除的方法，其中金屬去除是在一個或多個反應器中進行的。與該反應器相連地，測量氧化還原電勢和酸度和/或堿度，并根據(jù)測量結果朝所需方向調節(jié)金屬去除的工藝變量。按照本發(fā)明，在反應容器外部、優(yōu)選與淤漿的出口管相連，根據(jù)反應器中產(chǎn)生的淤漿進行氧化還原電勢的測量，并以預定間隔凈化測量儀器。
此處所用的淤漿是指富含固體物質的溶液，其固體物質含量可以從完全溶液狀的到接近固體的變化。
在金屬去除中，也就是在鈷、鎳、銅或鎘去除中，目標值是對于含鋅溶液中的每種金屬都獲得低于0.2毫克/升的雜質金屬含量。對于鍺和銻，目標值低于0.02毫克/升。
在一個
具體實施例方式
中，氧化還原電勢優(yōu)選調節(jié)至相對于甘汞電極為-570至-650mV的范圍內(nèi)以沉淀鈷、鎳和鍺，并調節(jié)至-480至-550mV的范圍內(nèi)以沉淀銅。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點氧化還原電勢的測量儀器位于反應器外部，這樣可以以所需的間隔凈化測量儀器。同時防止測量儀器結垢，并防止由此產(chǎn)生的測量誤差，因而能夠更穩(wěn)定地進行測量。
本發(fā)明能夠在金屬去除過程中實現(xiàn)穩(wěn)定不間斷的操作，這可以將例如加入的鋅粉消耗減至最少，并精確地調節(jié)其它工藝變量。此外，獲得了用于鋅電解的高度提純的鋅溶液。由于本發(fā)明，在金屬去除中去除的金屬總體上可以更好地沉淀。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，使用BT值測定反應器溶液的酸度和堿度。BT值，即所謂再滴定值，描述了溶液的酸度或堿度；其比pH值更精確地形容了該過程的狀況。BT值用于指達到滴定的轉折點所需的酸度的量。BT值隨淤漿堿度的提高而提高。除了進料溶液，也就是制鋅溶液，BT值受到鋅粉量和加入該過程的返回酸的影響。當鋅粉溶解時，因還原反應，雜質金屬沉淀，并生成氫。氫的生成提高了BT值。過量加入該過程中的鋅粉由此導致BT的提高。高BT，例如高于3.5，產(chǎn)生不合意的堿性硫酸鋅，并導致鹽沉淀在可溶鋅粉的表面，這減緩了粉末顆粒的溶解并由此削弱了提純效果。另一方面，不合意的沉淀物在所得最終產(chǎn)物表面結垢，由此減緩了雜質沉淀。在這種情況下，必須增加鋅粉的加入以獲得所需結果，這增加了成本。此外，所述堿性鹽可能提高在金屬去除中使用的濃縮器溢流的過濾壓力，這使過濾更加困難并可能導致固體物質穿過濾布進入濾液。
優(yōu)選地，試圖獲得低BT值，大約1.0-3.0，最優(yōu)選大約2的BT值。
按照本身已知的方式測定BT值在樣品中加入一定量的與樣品反應的試劑，并在反應后使用測量溶液滴定剩余試劑。
通過監(jiān)測BT值并優(yōu)選通過將其調節(jié)得較低，可以在金屬去除中獲得良好的鋅溶液提純效果、獲得均勻的溶液和低的鋅粉消耗。此外，能夠使用BT值進行精確的測定以評估該過程的狀況。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，測定反應器溶液的固體物質含量。通過監(jiān)測并調節(jié)固體物質含量使其達到合適的量，優(yōu)選在10-200克/升、更優(yōu)選30-100克/升的范圍內(nèi)，獲得許多活性反應表面，這加速了沉淀并影響了鋅粉的消耗量。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，根據(jù)測量結果調節(jié)在金屬去除反應器中加入鋅粉的情況。對于每升鋅溶液進料，鋅粉加入量優(yōu)選為0.3-0.9克，更優(yōu)選大約0.4-0.7克。
優(yōu)選地，除了鋅粉的加入，還根據(jù)測量結果調節(jié)氧化還原電勢、溶液的酸度和/或堿度、固體物質含量和/或反應器的溫度。
通過調節(jié)溫度，可以防止形成沉淀的不需要的物質。通過考慮下述因素——例如在鈷去除中，石膏在過低的溫度下沉淀，而在過高的溫度下，硬石膏開始沉淀，由此優(yōu)化溫度使其合適。然而，可以通過例如分級從該過程中去除大粒度固體物質顆粒，由此減少這些固體的沉淀。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，金屬去除是指鈷去除。在一個具體實施方式
中，至少在兩個串聯(lián)的反應器中進行金屬去除。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，測量儀器與反應器出口管相連或與反應器之間的連接管相連。在一個具體實施方式
中，酸度/堿度測量儀器與反應容器相連。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，使用測量電極進行氧化還原電勢的測量。優(yōu)選地，在反應器出口管或反應器之間的連接管上設置接合管，電極放置在接合管中。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，定期(優(yōu)選以1-2小時為間隔)清洗測量儀器以防結垢。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，與每一反應器相連地，專門對每一反應器進行測量以控制所需工藝變量的調節(jié)。在一個優(yōu)選具體實施方式
中，在每一反應器之后測量氧化還原電勢，這控制了各個反應器的鋅粉加入。
根據(jù)另一方法，可以將所需量的鋅粉手工加入反應器中。
此外，本發(fā)明還涉及在制鋅過程控制連續(xù)金屬去除的設備，其中在一個或多個反應器中進行金屬去除，該設備包括至少一個用于與反應器相連地測量氧化還原電勢和酸度和/或堿度的測量儀器，至少一個用于根據(jù)測量結果朝所需方向調節(jié)金屬去除工藝變量的調節(jié)裝置，和至少一個用于將測量結果從測量儀器傳送到調節(jié)裝置的控制裝置。按照本發(fā)明，氧化還原電勢的測量儀器位于反應容器外部，并與連接到反應器的管道相連，反應器中產(chǎn)生的淤漿流經(jīng)該管道，并且該設備包括用于以預定間隔凈化測量儀器的凈化裝置。
本發(fā)明的設備具有簡單的結構，并因此有利于實施。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，本發(fā)明涉及本發(fā)明的方法和設備在鋅制造中的鈷去除過程中的用途。關于鈷去除過程，可以沉淀例如銅、鎳、鍺和銻。在鈷去除過程中，在含有來自銅去除過程的殘余銅(例如50-300毫克/升)的溶液中加入作為活化劑的例如五氧化二砷，以加速金屬從含鋅溶液中的沉淀。此外，將還原的鋅粉加入溶液，在這種情況下，沉淀出砷化銅。在存在鋅粉的情況下，砷化銅在溶液中與鈷和鎳反應形成砷化鈷和砷化鎳。例如，在存在砷的情況下，可以相對較快地(在大約1.5小時內(nèi))沉淀出鈷和鎳以形成砷化鈷和砷化鎳。使所得沉積物(例如砷化鈷沉積物)在反應器內(nèi)作為固體物質再循環(huán)，以優(yōu)化反應速率和沉淀表面。在該過程中必須有足夠的固體物質，雜質沉淀在其表面上。該表面必須由純凈的金屬銅或砷化銅、砷化鈷或砷化鎳構成，以改善并激活沉淀。沉淀在顆粒表面上的雜質，例如堿性硫酸鋅和硫酸鈣，使沉積物鈍化并提高了粒度。
或者，本發(fā)明的方法和設備也可以在制鋅過程中用于分離和去除其它金屬。


下面，將參照附圖用具體實施例描述本發(fā)明，其中圖1是說明濕法冶金制鋅過程的方框圖。
圖2是說明在鈷去除過程中按照本發(fā)明的一種裝置具體實施方式
的方框圖。
發(fā)明詳述圖1顯示了濕法冶金制鋅過程。在濕法冶金制鋅過程中，將鋅礦石首先精選1，并將鋅精礦焙燒2。焙燒2的目的是將硫化鋅變成可溶性氧化物形式。在焙燒2后，在一個或多個階段3中將焙燒的鋅溶于硫酸，由此氧化鋅進行反應形成硫酸鋅。在溶解階段3中，鐵作為堿性硫酸鹽(即作為黃鉀鐵礬沉淀物、gtite或赤鐵礦)沉淀。在溶液提純4中從硫酸鋅溶液中去除溶解階段3中溶解的雜質，例如銅、鈷、鎳、鍺、銻和鎘，這優(yōu)選在三個階段6、7、8中進行。在第一階段6中，用鋅粉9去除大部分銅。在第二階段7中，用三氧化二砷10和鋅粉9作為金屬砷化物從溶液中沉淀出鈷、鎳、鍺、銻和剩余的銅，其中鋅起到還原劑的作用。在第三階段8中，用鋅粉9去除鎘。通過冷卻將提純的鋅溶液加入水解5，在此與循環(huán)的電解質混合。在電解5中，用電流在陰極將鋅還原形成金屬。以本領域已知的方式進行焙燒、溶解和電解，此處不再進行更詳細的描述。
在圖2所示的鈷去除中，在串聯(lián)的三個反應器11a、11b和11c中，鈷、鎳、鍺、銻和殘余銅分許多階段從硫酸鋅溶液18中沉淀出來。用于自動測量反應器中產(chǎn)生的淤漿的氧化還原電勢的測量電極16a-c與反應器的出口管或連接管的接合管相連。氧化還原電勢的測量電極16a-c與控制裝置(圖中未標示)相連，控制裝置將測量結果傳送到每一反應器專有的鋅粉加料裝置的調節(jié)裝置17a-c，以便將就該過程中而言所需量的鋅粉加入反應器11a-c。以大約1小時為間隔定期清洗電極，以防止它們結垢和防止由此產(chǎn)生的測量誤差。
在圖2所示的設備中，在反應器內(nèi)部使用自動滴定器由溶液測定BT值。滴定器與控制系統(tǒng)相連，由此將測得的BT值傳送到控制系統(tǒng)，從而向所需方向控制反應器11a-c中淤漿的酸度和堿度。
或者，也可以手動測定氧化還原電勢和BT值，這樣就必須將它們輸入控制系統(tǒng)，或者必須根據(jù)它們手動調節(jié)所需的工藝變量。
通過本領域本身已知的加料裝置17a-c，例如通過螺桿加料器，將鋅粉加入鈷去除反應器11a-c中。過量地加入大的化學計量量的鋅粉是不利的，因為這會產(chǎn)生不需要的副反應；過量的鋅不能因此增加沉淀速率。在鈷去除中，反應器的氧化還原電勢、溫度和沉淀表面影響沉淀速率。
鈷去除過程還包括兩個并聯(lián)的濃縮器12，它們設置在反應器11c之后，并且某一時刻只使用其中的一個。在濃縮器溢流的輸出出口20設置有壓濾機，以便從固體物質中提純溢流。
在沉淀反應器11a-c中產(chǎn)生并在濃縮器13中沉淀的砷化鈷淤漿沉降在反應器底部，從這里作為底流通過濃縮器12的接合管19離開反應器，并再循環(huán)回到第一反應器11a中。使用分級裝置14將鈷淤漿13分級，并將從該過程的角度看所需的級分15再循環(huán)回該過程的第一反應器11a中。通過溢流的過濾器從該過程中去除使用分級裝置分離的并從本發(fā)明的角度看有害的粗級分?；蛘?，也可以將整個淤漿級分21再循環(huán)回反應器11a，或導出該過程。優(yōu)選使鈷沉積物再循環(huán)以使得鈷去除反應器的固體物質含量約為10-200克/升，更優(yōu)選30-100克/升。
實施例1在該試驗中，檢查連續(xù)鈷去除法。在工藝條件下進行的試驗中，使用螺桿加料器將鋅粉加入五個并聯(lián)的金屬去除反應器。在每個反應器后，或在它們之間的連接管中，設置氧化還原電勢測量電極，用其專門對每一反應器測量來自反應器的淤漿的氧化還原電勢。測量結果專門針對每一反應器控制鋅粉加入反應器中的情況。以1小時為間隔清洗測量電極，以防止它們結垢。
使用本發(fā)明已知的滴定法通過BT值測量反應器溶液的酸度和堿度。BT值為2.5-3.5。
在該過程中，鋅粉消耗為大約0.6-0.7克。
然而，高BT在該過程開始不久后導致硅酸鋅(即異極礦)的沉淀。該過程中鈷沉積物的鋅和二氧化硅濃度提高。異極礦的存在導致鋅損耗，因為由于二氧化硅導致的過濾困難使得鋅不能同時成功地從沉積物中溶解?？梢酝ㄟ^將BT值降至大約2來解決這一問題。
實施例2在該試驗中，在與實施例1相似的條件下檢查連續(xù)鈷去除，但是BT值約為2。
在該試驗中，實現(xiàn)不中斷地運行6個月以上，此外作為該過程的結果，獲得更好和更均勻的含鋅溶液。由鋅溶液測得的鈷、鎳和銅的濃度大體上低于0.2克/升，而鍺、銻和砷的濃度低于0.02毫克/升。
根據(jù)對該過程的試驗，觀察到本發(fā)明的方法和裝置與其它制鋅過程相比，在金屬去除反應器中可以實現(xiàn)較小的鋅粉消耗。可以在實踐中使用化學計量量的鋅粉在溶液提純(即金屬去除)中沉淀銅和鎘。為了有效地沉淀鈷和鎳，鋅粉需要略微過量，鋅粉的加入量約為0.5克/升。在其它相應的現(xiàn)有技術的鈷去除法中，鋅粉的加入量是上述量的許多倍，大約3-4.5克/升。
在各種
具體實施例方式
中，本發(fā)明的方法和裝置可用于在制鋅過程中控制各種金屬的去除。
本發(fā)明的具體實施方式
并不限于上述實施例，它們可以在所附權利要求的保護范圍內(nèi)變動。
權利要求
1.一種在制鋅過程中控制連續(xù)金屬去除的方法，其中金屬去除是在一個或多個反應器中進行的，與反應器相連地，測量氧化還原電勢及酸度和/或堿度，并根據(jù)測量結果朝所需方向調節(jié)金屬去除的工藝變量，其特征在于氧化還原電勢的測量是在反應器外部根據(jù)反應器中產(chǎn)生的淤漿進行的，并以預定的間隔凈化測量儀器。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于使用BT值測定反應器溶液的酸度和堿度。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于測定反應器溶液的固體物質含量并將其調節(jié)為是合適的。
4.如權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于根據(jù)測量結果調節(jié)加入金屬去除反應器中的鋅粉加入。
5.如權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于根據(jù)測量結果調節(jié)淤漿的氧化還原電勢、溶液的酸度/堿度、固體物質含量和/或反應器的溫度。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于在至少兩個串聯(lián)的反應器中進行金屬去除。
7.如權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于測量儀器與反應器的出口管相連或與反應器之間的連接管相連。
8.如權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于酸度和/和堿度測量儀器與反應器相連。
9.如權利要求1-8任一項所述的方法，其特征在于使用測量電極進行氧化還原電勢的測量。
10.如權利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于金屬去除是鈷去除。
11.如權利要求1-10任一項所述的方法，其特征在于定期清洗測量儀器，優(yōu)選以1-2小時的間隔清洗。
12.如權利要求1-11任一項所述的方法，其特征在于與每一反應器相連地，專門對每一反應器進行測量以控制所需工藝變量的調節(jié)。
13.在制鋅過程中控制連續(xù)金屬去除的設備，其中在一個或多個反應器(11a-c)中進行金屬去除，該設備包括至少一個用于與反應器相連地測量氧化還原電勢及酸度和/或堿度的測量儀器(16a-c)，至少一個用于根據(jù)測量結果朝所需方向調節(jié)金屬去除工藝變量的調節(jié)裝置(17a-c)，和至少一個用于將測量結果從測量儀器(16a-c)傳送到調節(jié)裝置(17a-c)的控制裝置，其特征在于，氧化還原電勢的測量儀器(16a-c)位于反應容器外部，并與連接到反應器的管道相連，反應器中產(chǎn)生的淤漿經(jīng)該管道流出，并且該設備包括用于以預定間隔凈化測量儀器的凈化裝置。
14.如權利要求13所述的設備，其特征在于該設備包括用于測定反應器溶液的酸度和/或堿度的BT值測定裝置。
15.如權利要求13或14所述的設備，其特征在于該設備包括用于將鋅粉加入金屬去除反應器(11a-c)中的加料裝置(17a-c)，并且將該加料裝置與調節(jié)和/或控制裝置相連。
16.如權利要求13-15任一項所述的設備，其特征在于測量儀器(16a-c)與反應器之間的連接管相連。
17.如權利要求13-16任一項所述的設備，其特征在于酸度和/或堿度測量儀器與反應器相連。
18.如權利要求13-17任一項所述的設備，其特征在于氧化還原電勢的測量儀器(16a-c)包括至少一個測量電極。
19.如權利要求13-18任一項所述的設備在鈷去除過程中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在制鋅過程中控制連續(xù)金屬去除的方法和裝置，其中金屬去除是在一個或多個反應器(11a－c)中進行的，與反應器相連地，測量氧化還原電勢(16a－c)及酸度和/或堿度，并根據(jù)測量結果，朝所需方向調節(jié)金屬去除的工藝變量(17a－c)。按照本發(fā)明，在反應器外部與反應器出口管相連，根據(jù)反應器中產(chǎn)生的淤漿進行氧化還原電勢的測量(16a－c)，并以預定間隔凈化測量儀器(16a－c)。
文檔編號C22B3/02GK1829809SQ200480021770
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權日2003年7月31日
發(fā)明者A·耶爾維寧, K·尤丁, H·納圖寧, Y·奧伊諾寧, P·塔洛寧 申請人:奧托昆普技術公司