從硫酸鹽溶液中電解提取鋅的方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及從硫酸鹽溶液中電解提取鋅的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的用于提取鋅的電解槽包括浴-反應(yīng)器（5），所述浴-反應(yīng)器（5）配備有電源母線（6）、用于提供電解液的兩個(gè)管（1）的管線、陰極（3）、陽(yáng)極（4）、沿著所述陽(yáng)極（4）的高度的塑料條（8）、通過(guò)重力排放電解液的溢流口（2）。所述陰極（3）具有3.5-10m2的面積。所述電解槽的高度至少為其寬度的兩倍，所述電解槽的長(zhǎng)度取決于所述電極的數(shù)量。所述電解槽的底部由沿著所述?。?）的長(zhǎng)度的溝槽（11）分開(kāi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】從硫酸鹽溶液中電解提取鋅的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及從硫酸鹽溶液中電解提取鋅的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]已知各種方法和設(shè)備用于獲得電解的鋅，其產(chǎn)量的90%通過(guò)水電冶金實(shí)現(xiàn)。在常規(guī)電解浴中，通過(guò)約400至600 A/m2的電流密度、約1.0至1.6m2的陰極面積并在24小時(shí)內(nèi)從陰極片手動(dòng)剝離鋅陰極進(jìn)行該過(guò)程。該方向的新型技術(shù)(其應(yīng)用始于約25年前)為所謂的大型浴(Jumbo bath)和面積為約2.60至3.40m2的電極,每個(gè)浴裝有約80至120個(gè)陰極。此技術(shù)現(xiàn)在被用于現(xiàn)代電解鋅廠，通過(guò)各種設(shè)備在每48小時(shí)內(nèi)以約3100至3500kWh/t的能量消耗機(jī)械地完成鋅剝離。
[0003]不考慮生產(chǎn)率的相對(duì)增加，所有已知的過(guò)程和裝置的缺點(diǎn)在于電解提取金屬的效力的主要因素，即電力消耗。電力消耗占鋅提取的總加工成本的約70%，加之用于電極管理、電解液冷卻、人工成本、消耗品等的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備或用于電解提取鋅的新技術(shù)和器材的實(shí)質(zhì)在于產(chǎn)生被視為一種反應(yīng)器的新一代電解槽。這受過(guò)程支配，所述過(guò)程為電勢(shì)、氧化還原行為和水-空氣動(dòng)力環(huán)境的復(fù)雜函數(shù)，其中浴(反應(yīng)器)有條件地分別分成上對(duì)稱(chēng)區(qū)域和下對(duì)稱(chēng)區(qū)域，以及左對(duì)稱(chēng)區(qū)域和右對(duì)稱(chēng)區(qū)域。此設(shè)計(jì)和過(guò)程分別符合電極電勢(shì)、生產(chǎn)率、電極構(gòu)造、陰極和陽(yáng)極的固定和定位、它們的形成和加工、電解液循環(huán)體系和其他因素。
[0005]此外，分離的氣體 (陽(yáng)極上的氧氣和陰極上的氫氣)產(chǎn)生獨(dú)特的“流體床”，并且有助于電解液在電極之間由下至上以及除此之外由上至下移動(dòng)。另外，在約1.5至2.0個(gè)大氣壓的壓力下加料新鮮溶液、新鮮溶液通過(guò)溢流口作為廢溶液引出以及陽(yáng)極固定設(shè)備對(duì)溶液的移動(dòng)具有有利影響(圖2，[a] [b])。
[0006]原則上，電解槽可以沿縱向通過(guò)兩個(gè)浴形成，所述兩個(gè)浴通過(guò)溢流口連接并通過(guò)常規(guī)循環(huán)線加料，使得循環(huán)速度加倍，并有可能設(shè)置額外的陰極和陽(yáng)極(圖5，[a] [b])。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的新一代電解提取鋅的方法和設(shè)備的目的在于，在維持高生產(chǎn)率的同時(shí)，在用于建設(shè)、機(jī)械、器材和安裝(設(shè)計(jì))的相當(dāng)?shù)耐顿Y成本下，通過(guò)總體上減少約20至30%的能量成本和其他相關(guān)加工成本而增加過(guò)程效率。
[0008]相比于目前存在的電解浴和電極，通過(guò)弓丨入電解浴和裝入電解浴的電極的各自的新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0009]本發(fā)明的特征在于，在相對(duì)地維持實(shí)踐可接受的電解槽寬度和長(zhǎng)度的同時(shí)，使其高度加倍，即所述上區(qū)域和下區(qū)域已經(jīng)形成(圖1)。這使得電極的有效面積增加，對(duì)于一個(gè)陰極最小為3.5m2且最大為約IOm2 ;這種變化符合所述過(guò)程的特征，其參數(shù)等，“電解液的分散能力”。以此方式，所用的高達(dá)500A/m2的電流密度可以減少至250至300A/m2，導(dǎo)致電極電勢(shì)、能量消耗分別減少，而不影響48至96小時(shí)的周期性沉積時(shí)間下的高性能。這種浴和電極構(gòu)造的變化決定了其他參數(shù)的變化，如附圖中所示。
[0010]圖1顯示所述設(shè)備的整體外觀，圖2 [a]顯示其投影，表示浴-反應(yīng)器5，所述浴-反應(yīng)器5配備有電源母線6、用于添加電解液的管線1，裝有過(guò)程所必須的陰極3和陽(yáng)極4。以約1.5至2個(gè)大氣壓的壓力通過(guò)管線I添加過(guò)程溶液并通過(guò)母線6供電從而實(shí)現(xiàn)電解提取。電解液通過(guò)在所述浴的上端和中間的兩個(gè)管I通過(guò)重力進(jìn)入所述浴(圖2a)，并通過(guò)沿著反應(yīng)器的整個(gè)寬度的溢流口 2在另一端離開(kāi)反應(yīng)器(圖2b)。饋電電流分布在電極(陰極3(圖2)和陽(yáng)極4 (圖2))之間，并且通過(guò)約250至500 A/m2的電流密度進(jìn)行電解提取過(guò)程。所述電解液的溫度在所述浴的入口處為約25至30°C，在出口處為約36至38°C ;硫酸含量為約120至200g/l。電解液循環(huán)速度維持在約1.5至3個(gè)浴體積/小時(shí)，所述電極之間的距離為80至86謹(jǐn)。
[0011]使用的陽(yáng)極4 (圖3a和圖3b)由含有約0.5至1.0%的Ag的鉛制得(軋制壓鑄)，并且由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的片、用于在所述浴中支撐并傳導(dǎo)電流的銅棒7和用于固定的塑料條8形成(線速度約0.15至0.30m/min)。
[0012]圖4顯示所述塑料條的兩個(gè)投影。所述條沿著所述陽(yáng)極的兩端固定，并幫助所述陽(yáng)極在所述浴中準(zhǔn)確定位。此外，所述陽(yáng)極以這樣的方式形成:由于其豎直加筋表面，其有效面積隨著高度而增加(圖3b);所述陽(yáng)極為約12至18mm厚。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所提供的設(shè)備的一種形式為雙電解槽，或連接在公用體系中的兩個(gè)浴(圖5a和圖5b)。在此情況下，所述電解液通過(guò)其上端處的兩根管I進(jìn)入所述浴，或者所述管的總數(shù)為4 (圖5);通過(guò)單獨(dú)的母線為所述雙浴的兩個(gè)體積供電，其中消耗的溶液在第一浴的頂部沿著其整個(gè)寬度通過(guò)重力離開(kāi)所述第一浴并通過(guò)溢流口-虹吸管由下至上進(jìn)入第二浴(圖5，位置9)。
[0014]所述電解槽的底部(圖2a)沿著所述浴的長(zhǎng)度通過(guò)溝槽11分開(kāi)，所述溝槽11使得電極污泥(相對(duì)重量約5g/cm3)沉降并將其周期性去除，同時(shí)在所述浴的外部通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?包括硫酸亞鐵溶液)清理所述陽(yáng)極表面，并收集所述污泥(60%以上的MnO2)以作為氧化劑使用。陽(yáng)極清理在硫酸亞鐵溶液中進(jìn)行，隨后在壓力下用旋轉(zhuǎn)刷和水淋浴處理；陽(yáng)極片僅在必要時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)摹皵D壓”校正。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1——本發(fā)明的設(shè)備的總體視圖；
[0016]圖2a——以三個(gè)投影顯示的本發(fā)明的設(shè)備；
[0017]圖2b——本發(fā)明的電解液溢流口 ；
[0018]圖3a和3b——本發(fā)明的用于電解提取鋅的鉛陽(yáng)極；
[0019]圖4——本發(fā)明的用于固定電極的塑料(PVC、PPL等)條形夾；
[0020]圖5a和圖5b——本發(fā)明的雙浴的另一形式。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]在裝有60個(gè)陰極3的體積為約30m3、高為3.5m和寬為1.6m的電解槽中實(shí)現(xiàn)電解提取，每個(gè)陰極具有約6m2的面積。供電電流的密度為約300A/m2。電解液通過(guò)兩個(gè)(擴(kuò)散)管I以約500至7001/min的速度進(jìn)入浴-反應(yīng)器5，并沿著其整個(gè)短側(cè)通過(guò)溢流口 2離開(kāi)。鉛陽(yáng)極4由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分形成，其表面成型為具有錐形下部的臺(tái)階狀溝槽，至少80%的陽(yáng)極4通過(guò)塑料條固定，所述塑料條通過(guò)陽(yáng)極4的中間和下端的塑料墊圈10進(jìn)行增補(bǔ)。含有70g/l鋅和180g/l硫酸的經(jīng)混合的電解液和必要添加劑進(jìn)入溫度約30°C (在出口處約37°C )的反應(yīng)器；產(chǎn)量為90%，能量消耗為約2600Kwh/t鋅。
[0023]陰極周期的持續(xù)時(shí)間為約72h ;金屬純度為99.995%Zn。
[0024]實(shí)施例2
[0025]此過(guò)程在雙電解槽中進(jìn)行，所述雙電解槽由兩個(gè)浴形成，所述兩個(gè)浴具有中間壁并通過(guò)沿著其整個(gè)寬度的虹吸管連接。所述浴各自裝有62個(gè)陰極，即約124個(gè)各自面積為約6m2的陰極；通過(guò)在其上部和中間的4個(gè)管-擴(kuò)散器(在每個(gè)入口處兩個(gè))由上至下以約800至12001/min的速度在其之間溢流從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)。陽(yáng)極構(gòu)造和固定元件與實(shí)施例1中的相同。使用相同的電解液，電流密度為約300 A/m2，鋅沉積周期為72h。產(chǎn)量為約90%，能量消耗為約2700Kwh，鋅純度`為約99.995%。在約30天內(nèi)完成有效的污泥去除。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電解提取鋅的電解槽，其特征在于其包括浴-反應(yīng)器(5)，所述浴反應(yīng)器配備有電源母線(6 )、用于添加電解液的兩根管(I)的管線、陰極(3 )、陽(yáng)極(4 )、沿著所述陽(yáng)極(4)的高度的塑料條(8)、使電解液通過(guò)重力離開(kāi)的溢流口(2)，其中所述陰極(3)具有3.5 -1Om2的面積，所述電解槽的高度至少為其寬度的兩倍；所述電解槽的長(zhǎng)度取決于所述電極的數(shù)量，所述電解槽的底部由沿著所述浴(5)的長(zhǎng)度的溝槽(11)分開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于所述陽(yáng)極(4)由與0.3至1.0%的Ag合鑄的純鉛制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電解槽，其特征在于每個(gè)陽(yáng)極(4)的高度被分成兩個(gè)相等的部分，它們的總有效面積大于陰極(3)的總有效面積，所述陽(yáng)極(4)的厚度為12-18mm。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電解槽，其特征在于供電母線(6)由銅制得，所述供電母線(6)上固定有銅棒(7)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電解槽，其特征在于安裝所述塑料條(8)以覆蓋陽(yáng)極(4)的邊緣至高度的至少80%，在中間和下部所述陽(yáng)極通過(guò)在陽(yáng)極(4)和陰極(3)之間的塑料圓盤(pán)墊圈(10)固定。
6.一種用于電解提取鋅的電解槽，其特征在于其由兩個(gè)連接的根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的電解槽構(gòu)成，其中在所述兩個(gè)浴之間設(shè)置有虹吸管-溢流口(9)用于使所述溶液通過(guò)重力離開(kāi)第一浴并由下至上進(jìn)入第二浴。
7.一種用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備電解提取鋅的方法，其特征在于其由如下步驟構(gòu)成: -在入口處25-32°C的溫度下以及在出口處36-38°C的溫度下，在1.5-2個(gè)大氣壓的壓力下，通過(guò)管線(I)將過(guò)程電解液溶液添加至所述浴-反應(yīng)器(5 )中，并通過(guò)母線(6 )供電，所述過(guò)程電解液溶液含有鋅、硫酸約120`-200g/l和任選的添加劑；` -以250-500 A/m2的電流密度電解，維持1.5至3個(gè)浴體積/小時(shí)的電解溶液循環(huán)速度，其中陽(yáng)極至陽(yáng)極的距離為約80-86mm，所述陰極周期的持續(xù)時(shí)間為72小時(shí)(48-96小時(shí))，所述電解液在出口處的溫度為36-38 °C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述過(guò)程電解溶液含有120-200g/l的硫酸。
【文檔編號(hào)】C25C7/00GK103687981SQ201280009852
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月4日
【發(fā)明者】I·恩切夫, N·多布雷夫, G·博茲希洛夫 申請(qǐng)人:“Kcm 2000” 股份公司, I·恩切夫