[发明专利]一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法

说明书

一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法，其特征在于：净化分三段进行。其中：一段置换除铜和氯，锌粉用量为置换Cu²⁺理论量0.70～0.95倍，加入硫酸溶解锌粉表面的氧化锌，产出含锌、镉低、含铜高的海绵铜；二段置换除镉，优先使用三段置换产出的置换渣，置换渣有效锌不足时用新的锌粉补充，置换渣和锌粉用量为置换Cd²⁺理论量0.9～1.0倍，加入硫酸溶解锌粉表面的氧化锌，产出含锌、铜低、含镉高的海绵镉，海绵镉再压团熔铸成粗镉锭；三段置换除钴、镍和残余镉。本法实现了锌粉中的氧化锌和有效锌的充分利用，降低了锌粉消耗，提高了锌金属回收率，并达到铜、镉的分离富集，铜和镉分别以海绵铜和粗镉锭副产品外销，提高了杂质铜、镉的价值，提高了经济效益。

技术领域

本发明属于湿法冶金领域，具体涉及一种硫酸锌溶液净化除重金属的方法。

背景技术

在电解锌及锌盐系列的产品生产过程中，所用的锌原料含有铁、砷、锑、铜、镉、钴、镍等杂质，在用硫酸浸出锌原料生产硫酸锌溶液时，上述杂质不同程度地溶解进入溶液中，溶液经氧化除铁、固液分离后得到的粗硫酸锌溶液，尚含有铜、镉、钴、镍等重金属杂质，必须用锌粉置换除去才能送到下一步电解或生产锌盐产品，否则会恶化电解操作和影响产品质量。现行的置换重金属杂质的技术有锌粉二段置换法或三段置换法，都能满足杂质深度净化的要求，但其存在共同缺点是：置换锌粉用量过多，置换所得的置换渣(铜镉渣)含锌高(含锌30～50％)，含镉、铜低(含镉5～10％，含铜2～5％)，且镉、铜没有分离，若要回收锌、镉、铜，必须再次浸出、再次置换。因此，在置换渣自用于回收锌、镉、铜或外销时，置换渣计价低，每吨干置换渣的效益损失约3900元。2018年我国的电锌产量为568.1万吨，以每生产1万吨电锌产出置换渣约0.13万吨计，则每年总的置换渣的效益损失高达28.80亿元，效益损失巨大。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是：克服上述缺点，通过优化工艺流程、精细操作，降低锌粉消耗，提高锌金属回收率，并达到铜、镉的分离富集，铜和镉分别以海绵铜和粗镉锭副产品外销，提高杂质铜、镉的经济价值，提高经济效益。

本发明是用如下方式实现的：

1、一段置换除铜和氯：经氧化除铁、固液分离后得到的粗硫酸锌溶液，尚含有Cu²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等重金属杂质。金属的活动性顺序为：锌、镉、钴、镍、铜，在溶液中排在前面的金属可以置换出排在后面的金属离子。先投入0.70～0.95倍理论量的锌粉置换溶液中的Cu²⁺离子，同时，通过体积和流量可调自动加液器加入硫酸溶液(用一段置换液与浓硫酸配成硫酸浓度为50％硫酸溶液)，使置换槽内溶液的pH＝3.0～4.0，在此pH值范围内，锌粉表面的氧化锌可生成硫酸锌溶解，使被氧化锌包裹的单质锌暴露出来，有利于单质锌反应完全，减少海绵铜渣量及海绵铜渣含锌量，提高锌金属回收率，提高海绵铜含铜量。在置换反应得到的海绵铜颗粒表面，Cu与溶液中的Cl^-与Cu²⁺一起反应生成CuCl沉淀，这是对生产有益的反应，不但节约锌粉用量，而且可降低溶液中的Cl^-离子含量。反应完成后，经压滤得到海绵铜渣，海绵铜渣再经水洗回收其夹带的高浓度硫酸锌溶液，即得到含锌、镉低、含铜高的海绵铜。一段置换除铜和氯的技术条件为：置换溶液中的Cu²⁺离子的锌粉用量为理论量0.70～0.95倍，反应温度40～80℃，反应时间0.6～2.0h，溶液pH＝3.0～4.0。主要化学反应式为：

Zn+Cu²⁺＝Zn²⁺+Cu↓

Cu+Cu²⁺+2Cl^-＝2CuCl↓

ZnO+H₂SO₄＝ZnSO₄+H₂O