[发明专利]用于纯化氧化锌的方法

说明书

背景技术

湿法冶金是将贵重的金属物质从其他较低价值的材料中分离的方法。所述方法涉及将贵重的金属物质溶解到水溶液中，然后将其与不可溶残余物分离。为了提高离子的溶解速率和增加溶液中金属离子的负载，通常的做法是使用酸性或碱性溶液。特别有用的碱性溶液的实例是氢氧化钠在水中的混合物。也可以使用其他碱性材料，但氢氧化钠相对较低的成本通常使得它成为最经济的选择。

负载有溶解的金属的水溶液称为“母液”。可以通过一种或多种方式从母液中回收溶解的金属，其包括：电解、中和和不混溶溶剂萃取。

用湿法冶金方法来回收贵重金属已经有几十年。下文的讨论和实例都是基于从混合原料材料回收氧化锌。碱性可溶的氧化锌是从非碱性可溶的材料中分离的。非可溶的材料包括（但不限于）金属和金属氧化物，例如铁、氧化铁、镍、钴、贵金属和非金属氧化物诸如二氧化硅。

在关于从含有锌的原料混合物中回收锌的文献中，有若干种方法。这些方法通常包括三个一般步骤：

1.通常在升高的温度，将含有锌的原料与稀释的碱接触，以选择性地溶解锌

2.通过过滤、离心或其他方式，从碱性溶液中分离浸取残余物

3.通过电解提取、中和或其他方式，从碱性溶液（母液）回收锌。

在这一方法中最困难的步骤通常是从母液分离中浸取残余物。母液中悬浮的细粒子很难彻底去除。相对高的母液粘度和表面张力使得通过过滤或离心去除这些细粒子极其缓慢。但是，如果所述粒子没有基本上完全从母液隔离，那么之后它们会在下一步骤中污染富锌产物，导致整个纯化方法无效。

J.Frenay等人的题为“通过Cebedeau方法从电炼钢尘中回收铅和锌（Recovery of Lead and Zinc from Electric Steelmaking Dust by the Cebedeau Process）”的文章总结了将锌从碱性不可溶物质分离的商业和中试规模的尝试。高度浓缩的碱性溶液的高粘度通常将商业操作限制在大约25–30重量百分比碱的最大浓度。

湿法冶金加工的成本在很大程度上依赖于母液中溶解的金属物质的负载或浓度。当负载增加时，必须被加工以产生给定量产物的液体的量减少，同时节约了设备和运营费用。

较高浓度的碱允许溶液中碱可溶金属的较高负载。然而，较高浓度的碱也产生显著更粘稠的溶液。这较高的粘度阻碍了下游加工，包括将母液从浸取残余物中分离。

已开发了许多方法来利用湿法冶金从各种废料中回收锌，但很少在商业上是成功的。在很大程度上，这归因于从母液中回收溶解的金属物质的高成本。典型的金属回收策略包括：

●电解，其中流动的电流将金属离子还原为金属并将金属原子镀在电极上。

●将液体中和到接近中性的pH值，以沉淀各种金属的盐、氢氧化物或氧化物。

●用不混溶的溶剂萃取金属离子或络合物。

所有这些金属回收的方法都是相对昂贵的。

●电解需要大量的电流以将金属从较高价态还原为金属。此外，如果金属氧化物是所期望的最终产物，那么碱金属必须经受氧化加工以产生氧化物形式。

●母液的中和需要大量试剂。中和方法有效地破坏了液体以便进一步提取，并产生了必须处理的废盐流。

●使用不混溶的溶剂（例如掺杂有机胺的煤油）的提取通常需要大量过量的萃取溶剂以及昂贵的后加工以从所述不混溶的溶剂中回收金属。

Lemaire的美国专利第4,005,061号公开了使用可混溶的溶剂从废弃电池的锌/空气电解质除去锌的方法。在'061专利中引用的单一材料的特征为“废物”，然而，这一化学系统，实际上，是包含氢氧化钾和锌酸钾以及几个百分比的碳酸钾和痕量杂质的废料。所描述的系统涉及具有锌负极的电化学蓄电池，并且因此，与作为本申请主题的冶金废物和副产物材料不同并且远不如其复杂。电解质是废弃的，仅仅因为金属锌粉末已被空气氧化为锌酸钾。它没有与其他材料混合且仅发生一个简单的化学反应。另一方面，冶金废料和副产物，废弃催化剂等，通常是包含若干显著浓度的不同化学元素的络合混合物，并且它们通常还含有若干不同的阴离子。在这些材料中的复杂性需要额外的加工步骤以将所需化合物与杂质和不需要的化合物分离。此外，没有所描述的方法在其他类型的系统，尤其是更复杂的系统，或者在其它的两性化合物的回收中有用的指征或建议。含有两性金属的不同化合物的溶解度可以显著变化。例如，硫酸铅仅溶于热的浓缩的氢氧化钠溶液，而硫酸锌即使在室温下也易溶于25%的NaOH。卤化物的溶解度在室温下显著下降到约35%苛性碱（caustic）以上。

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