电解精炼工业废渣制取高纯锌的研究

摘要

锌是重要的基体金属之一，广泛地用于表面处理、五金加工、电池、冶炼、化工和纺织等工业领域，在国民经济中占有重要的经济地位。随着锌资源的需求量不断的升高和锌矿资源已经面临枯竭，原生金属锌已满足不了市场需求；而且随环保法规的逐渐完善，原生锌矿生产过程中产生的各种废渣、废料的排放也受到的严格的控制，因此，锌资源的再生已经受到越来越广泛的关注。 对锌资源再生的工艺而言，湿法冶金工艺相比较火法冶炼能耗更低，投资更小，因而成为研究的主要方向。而在湿法冶炼工艺中，与传统的硫酸体系(ZnSO4-H2SO4)相比，氨.氯化铵体系(Zn(II)-NH3-NH4Cl)显示出了很强的优势，受到了越来越多的关注。 本论文以Zn(II)-NH3-NH4Cl体系作为电解液体系进行熔铸锌渣作的电解回收研究。首先，通过电化学测试方法，研究探讨了Zn(II)-NH3-NH4Cl体系作为该工艺的电解液体系的可行性，通过小试试验研究了电解液组成、电流密度、电解液温度等因素对电流效率和电能消耗的影响。并在初步定下的最佳条件下进行扩大化和连续化实验，总结和讨论该项目的经济和技术指标。研究结果表明：锌阳极在Zn(II)-NH3-NH4Cl体系中主要发生活性溶解，锌溶解的表观活化能为14.46 kJ/mol，交换电流密度为1.48×104 A/c㎡；对阴极过程而言，锌离子电沉积的表观活化能为24.40 kJ/mol；电解液体系中氯化铵浓度的增加对阴极极化影响甚微；而氨浓度的增加则大大增强了阴极极化作用。锌渣电解的小试实验中，电解液中锌离子浓度增加可以有效的抑制锌渣阳极的化学溶解，提高锌渣的直收率。电解液温度的升高可以大大降低电能的消耗，但当温度超过50℃时，体系中氨的挥发损失加大，而且恶化的了工作环境，因此，电解液的温度应控制在35-40℃左右。锌电沉积的阴极电流效率几乎都高达99％，平均电能消耗为960 kWh/t Zn，锌的直收率在80％左右。为了提高总的锌的回收率，本论文有结合不溶性阳极电解工艺进行进了扩大化和连续化试验，最终，锌的总回收率可达95％。 总之，本文以Zn(Ⅱ)-NH3-NH4Cl体系作为电解液，采用锌渣可溶性阳极电解为主，结合不溶性阳极电解工艺进行熔铸锌渣的回收实验，得到了高纯度的阴极锌产品，整个工艺流程短，操作简单，能耗低，锌的回收率高，显示了较高的经济效益，而且，整个工艺中电解液得到了循环利用，不会对环境造成污染。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1锌的性质和用途

1.2锌资源的供应与消费

1.3锌渣的产生与处理

1.4现有锌渣回收的工艺

1.4.1火法炼锌

1.4.2湿法炼锌

1.5选题背景、研究内容和研究意义

第二章化学试剂和实验方法

2.1化学试剂和实验材料

2.2实验设备

2.3实验方法

2.3.1电化学测试

2.3.2锌渣电解实验

2.3.3样品分析和表征

第三章阳极过程的研究

3.1锌阳极的溶解过程的研究

3.1.1溶解过程

3.1.2动力学参数的测定

3.1.3电解液组成的影响

3.2 RuO2-Ti阳极阳极反应机理的研究

3.2.1 RuO2-Ti阳极的表征

3.2.2 RuO2-Ti阳极的阳极反应

3.2.3阳极反应的动力学参数

3.2.4阳极反应控制步骤的研究

3.3本章小节

第四章锌沉积的阴极过程的研究

4.1锌沉积的动力学参数

4.2电解液组成的影响

4.3添加剂的作用机理

4.3.1明胶

4.3.2 T-B添加剂

4.3.3硫脲

4.3.4十二烷基苯磺酸钠

4.4本章小结

第五章可溶性锌渣阳极电解研究

5.1熔铸锌渣的表征

5.2电解工艺参数的研究

5.2.1锌渣阳极的熔铸

5.2.2电解精炼试验中各种因素的影响

5.3阴极锌的表征

5.3.1形貌的表征

5.3.2纯度的分析

5.5本章小结

第六章扩大化和连续化的锌渣电解工艺研究

6.1实验流程

6.2工艺条件及操作步骤

6.3实验结果及讨论

6.4经济技术分析

6.4.1生产成本核算

6.4.2投资估算

6.4.3经济效益分析

6.4本章小结

第七章总结

7.1阳极过程的研究

7.2阴极过程的研究

7.3可溶性锌渣阳极电解研究

7.4扩大化和连续化的锌渣电解工艺研究

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间申请专利