CN101392328B - 一种湿法锌冶金超声净化方法、装置及用途 - Google Patents

Abstract

一种湿法锌冶金超声净化方法、装置及用途，在湿法锌冶金超声净化装置内，采用超声波产生的超声波声场对待净化湿法锌冶金溶液实施不可逆超声波照射，使净化反应后液中的离子态杂质浓度趋向不可逆降低，达到除杂的目的。应用该方法可实现快速净化达标，大幅降低锌粉消耗，并直接产出高品位铜渣、高品位镉渣和高品位钴渣，还可应用于处理在先湿法锌冶金净化方法产出的铜镉渣和钴镍渣。

Description

一种湿法锌冶金超声净化方法、装置及用途

所属技术领域

本发明涉及一种湿法锌冶金净化方法及装置，尤其是应用超声波改善锌粉活性条件下的湿法锌冶金超声净化方法及装置，属净化技术领域。

背景技术

湿法炼锌中由于浸出锌矿粉产出的硫酸锌溶液包含铜、镉、钴、镍等多种杂质成分，所以需要对浸出锌矿粉的硫酸锌溶液进行处理。目前一般采用锌粉作为还原剂脱除硫酸锌溶液中的多种杂质，这是湿法炼锌工艺中的一种通用净化工艺。但目前的通用净化工艺，锌粉消耗高，占到电锌产量的3-5％。而且能耗大量增加，一直成为湿法炼锌中的技术瓶颈。

针对湿法炼锌工艺中锌粉消耗高的问题，欧洲专利EP134644提出用絮凝剂改善金属杂质分离特性，以降低锌粉消耗；US4252622提出通过监测氧化—还原电位调控锌粉添加，防止锌粉过量。EP134644、US4252622提出的方法，没有解决锌粉活性随反应进程降低的问题，锌粉消耗依然较高。

经过本发明的发明人长期的研究分析，提出了用超声波强化湿法锌冶金净化过程除杂的技术思路，并申报了国家专利，其公开号为CN101274262A。本发明人根据CN101274262A提出的方法进行的大量试验，已经证实超声波用于强化湿法锌冶金净化过程作用显著，同时也发现应用超声波改善锌粉活性条件下的湿法锌冶金超声净化过程的一些重要特性：

1、超声波照射可显著加快锌粉置换反应速度。

2、超声波照射可促进铜镉钴镍渣型晶粒反溶。

3、超声波照射时间同锌粉消耗成正比。

4、渣型晶粒及时分流，锌粉消耗显著降低。

5、控制超声波照射时间、净化温度和锌粉用量，可直接产出高品位铜渣和高品位镉渣。

但同时也发现该专利所提出的“一锅煮”的净化方式，超声波照射效果不够稳定，不利于充分发挥超声波强化作用，以致在实验室效果很好的情况下，产业化效果不理想。因此很有必要进一步对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能更为具有产业化效果，且超声波照射效果更为稳定的，应用超声波改善锌粉活性条件下的湿法锌冶金超声净化方法。

本发明的另一目的在于：提供一种湿法锌冶金超声净化装置。

本发明的另一目的在于：提供一种湿法锌冶金超声净化方法的用途。

通过对现有湿法锌冶金净化方法的分析，发现通用净化装置为筒式搅拌净化槽，其特点是：槽内溶液流动状态包括水平环流和垂直环流，在水平环流中，溶液趋向水平流体断面混合；在垂直环流中，溶液趋向垂直流体断面混合。在连续净化条件下，新进槽的待净化溶液趋向与净化反应后液快速混合，新进槽的高杂质浓度迅速稀释成低杂质浓度，离子态杂质浓度迅速由高浓度稀释到低浓度，使净化反应始终处在较低的离子态杂质浓度下进行，以至净化效率低下。静态净化试验证实，钴浓度10mg/L的常规中上清，去除70％钴杂质耗时约10分钟；钴浓度3mg/L的常规中上清，去除70％钴杂质耗时约90分钟；在“一锅煮”的净化方式下，作为还原剂的锌粉用量主体消耗在离子态杂质浓度较低的净化阶段。

在模拟筒式搅拌净化槽的超声净化条件下，2L含钴≤10mg/L的常规中上清，静态超声净化达标时间为10分钟；900L含钴≤10mg/L的常规中上清，静态超声净化达标时间为30分钟；含钴≤10mg/L的常规中上清，在流量为10L/分钟、筒式搅拌超声净化槽内溶液体积为900L的条件下，连续超声净化达标时间为90分钟。显然，待净化溶液与净化反应后液在超声净化槽内“一锅煮”的条件下，净化反应首先处在较低的离子态杂质浓度下进行，净化达标时间延长；离子态杂质转化成渣型晶粒后又长时间滞留净化槽内，渣型晶粒表面包层被超声波高效去除，造成渣型晶粒大量复溶，进一步加剧净化达标时间延长和锌粉消耗升高。

本发明所采取的技术方案正是根据上述生产工况特性而提出的，所采用的技术方案是：一种湿法锌冶金超声净化方法，在湿法锌冶金超声净化装置内，采用超声波产生的超声波声场对待净化湿法锌冶金溶液实施不可逆超声波照射，使净化反应后液中的离子态杂质浓度趋向不可逆降低，达到除杂的目的。

所述的超声波声场，至少包括频率为15-28kHz、声强为0.5-5w/cm²的超声波声场。

所述的待净化湿法锌冶金溶液，是含铜、镉、钴、镍离子态杂质的锌矿粉浸出后液(通称中上清)，所述的离子态杂质的浓度范围至少包括：铜≤2000mg/L和(或)镉≤2000mg/L和(或)钴≤200mg/L和(或)镍≤200mg/L，并且待净化湿法锌冶金溶液的温度应控制在60-85℃之内。

所述的不可逆超声波照射，是被至少一束超声波照射的待净化湿法锌冶金溶液是不可逆流动的，且至少包括以下一种超声波照射方式：超声波波源浸没于待净化湿法锌冶金溶液中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的直接照射方式和(或)超声波波源浸没于其它液体介质中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的隔离照射方式和(或)超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液连续发射超声波的连续照射方式和(或)超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液断续发射超声波的断续照射方式和(或)声场相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的同源照射方式和(或)声场不相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的非同源照射方式。

所述的净化反应后液中的离子态杂质浓度趋向不可逆降低，可以是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以不可逆同向流动的方式流经至少一种超声波声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度是趋向不可逆降低的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度是趋向不可逆升高的；也可以是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以互为逆向流动的方式流经至少一种声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度可以是趋向升高的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度可以是趋向降低的。

所述的净化反应后液中的锌粉浓度趋向升高，可以是采用在净化反应腔液面以下喷洒浆状锌粉、且锌粉的沉降方向垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向的方式来实现的，也可以是采用将待净化湿法锌冶金溶液逆向锌粉垂直沉降方向形成螺旋流的方式来实现的，所述的螺旋流可以是采用螺旋桨搅拌方式来实现，也可以是采用旋流喷射方式来实现的。

所述的净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度趋向降低，可以是采用垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向分流固态杂质晶粒的方式来实现的，所述的分流固态杂质晶粒的方式至少包括无压分流净化反应后液底流的方式。

所述的浆状锌粉，可以是以水为溶剂的常规锌粉溶液，锌粉用量为：用于超声去铜时，为待净化湿法锌冶金溶液中铜含量的1-1.5倍；用于超声去镉时，为待净化湿法锌冶金溶液中镉含量1-1.5倍；用于超声去钴时，为待净化湿法锌冶金溶液中钴含量20-100倍；用于超声去镍时，为待净化湿法锌冶金溶液中镍含量20-50倍。

根据所述的湿法锌冶金超声净化方法提出的一种超声净化装置是：一种湿法锌冶金超声净化装置，包括至少一个盛满待净化湿法锌冶金溶液的超声净化反应腔，至少一个待净化湿法锌冶金溶液进口，至少一个超声净化反应后液出口和至少一个超声净化反应后液底流出口，其特征是：所述的超声净化反应腔内，设有至少一种声场的不可逆超声波照射区，所述的不可逆超声波照射区设有包含至少一种超声波照射方式的一个以上超声波波源装置，且包含至少一条待净化湿法锌冶金溶液以不可逆流动方式流经的待净化溶液通道。

所述的待净化溶液通道可以是采用隔离物设置的有形腔通道，也可以是采用水力设置的无形腔通道，所述的无形腔通道可以是螺旋桨装置或喷射泵提供的水力通道。

所述的湿法锌冶金超声净化方法及装置的用途，至少包括应用于直接产出高品位铜渣和(或)高品位镉渣和(或)高品位钴渣。

所述的湿法锌冶金超声净化方法及装置的用途，可以是通过精准控制超声净化温度、超声净化时间、锌粉用量和添加方式、锑盐或砷盐用量和添加方式来实现的。

所述的湿法锌冶金超声净化方法及装置的用途，至少包括应用于处理在先湿法锌冶金净化技术产出的铜镉渣和钴镍渣。

本发明的技术原理是：盛满待净化溶液的超声净化反应腔内，设有至少包括频率15-28kHz、声强0.5-5w/cm²的不可逆超声波照射区A和不可逆超声波照射区B。不可逆超声波照射区A包括设置于超声净化反应腔上部的待净化溶液进口，设置于超声净化反应腔中部的超声波波源装置A和待净化溶液通道A；不可逆超声波照射区B包括设置于超声净化反应腔底部的固液分离区，设置于超声净化反应腔中部的超声波波源装置B、待净化溶液通道B和螺旋桨装置，设置于超声净化反应腔上部的超声净化后液B溢流出口和设置于超声净化反应腔液面以下的锌粉喷洒装置。净化温度、净化时间、锌粉用量和添加方式、锑盐或砷盐用量和添加方式，是根据离子态杂质浓度与选择的渣型设置的。在超声波照射区A，含离子态杂质铜≤2000mg/L、镉≤2000mg/L，钴≤200mg/L、镍≤200mg/L的待净化溶液和浆状锌粉，以不可逆同向流动的方式流经待净化溶液通道A，经超声波波源装置A的不可逆超声波照射，至少一种离子态杂质(比如铜离子)主体趋向转变成固态渣型晶粒。净化反应后液A中的离子态杂质浓度和锌粉浓度都是趋向不可逆降低的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度是趋向不可逆升高的。锌粉用量的设定，使不可逆流经待净化溶液通道A后的超声净化反应后液A的锌粉含量达到最低浓度，防止锌粉用量超额过剩。在超声波照射区B，从待净化溶液通道A流出的、至少一种离子态杂质主体转变成固态渣型晶粒的超声净化反应后液A，旋流进入超声净化反应腔底部的固液分离区。固态杂质晶粒在旋流水力作用下，沉入超声净化后液底流，经无压分流装置开路排出，快速脱离净化后液主流；超声净化反应后液A的上清液——待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下，以螺旋流流态上升，螺旋流形成无形腔的待净化溶液通道B。待净化溶液B与锌粉喷洒装置喷洒到待净化溶液B中的浆状锌粉，以互为逆向流动的方式发生净化反应。.螺旋流的离心力作用，使锌粉趋向超声波波源装置B，进入超声波波源装置B的超声波有效声场以内；螺旋流的抬升力作用，使锌粉沉降速度减慢，甚至处于悬浮状态，使超声净化反应后液B中的锌粉浓度趋向升高成为可能。锌粉用量的设定，使不可逆流经待净化溶液通道B后的超声净化反应后液B的锌粉含量达到最低浓度，防止锌粉用量超额过剩；又使至少一种离子态杂质(比如镉离子)主体趋向转变成固态渣型晶粒。在待净化溶液通道B中，大颗粒的固态杂质晶粒可能沉降到超声净化反应腔底部，使超声净化反应后液B中的固态渣型晶粒浓度趋向降低成为可能，小颗粒的固态杂质晶粒则随超声净化反应后液B从超声净化反应后液出口或超声净化反应后液B出口流出，进入下一级超声净化反应腔或固液分离装置。由此实现湿法锌冶金超声净化过程。

按照本发明方法及装置进行湿法锌冶金超声净化，由于采用的是一种不可逆的反应过程，可以大大提高超声净化的稳定性，因此完全具有产业化的前景。在实际试验过程中已经完全证实了本发明的原理。

附图说明

图1，为本发明方法实施例的一种超声净化装置。

图1中，1、待净化溶液；2、待净化溶液进口；3、超声净化反应腔；4、超声净化反应腔液面；5、浆状锌粉；6、锌粉喷洒装置；7、超声净化反应后液出口；8、超声净化反应后液；9、超声净化反应后液B；10、超声波波源装置A；11、超声波波源装置B；12、待净化溶液通道A；13、不可逆超声波照射区A；14、不可逆超声波照射区B；15、超声净化反应后液A；16、固液分离区；17、无压分流装置；18、超声净化反应后液底流出口；19、超声净化反应后液底流；20、待净化溶液通道A的出口；21、待净化溶液B；22、螺旋桨装置；23、待净化溶液通道B；24、待净化溶液A；25、待净化溶液通道A的进口；26、超声净化反应后液B的出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不局限于实施例所描述的范围。

实施例一

通过图1可以看出，本发明为一种湿法锌冶金超声净化方法，在湿法锌冶金超声净化装置内，采用超声波产生的超声波声场对待净化湿法锌冶金溶液实施不可逆超声波照射，使净化反应后液中的离子态杂质浓度趋向不可逆降低，达到除杂的目的。所述的超声波声场，至少包括频率为15-28kHz、声强为0.5-5w/cm²的超声波声场。所述的待净化湿法锌冶金溶液，是含铜、镉、钴、镍离子态杂质的锌矿粉浸出后液(通称中上清)，所述的离子态杂质的浓度范围至少包括：铜≤2000mg/L和(或)镉≤2000mg/L和(或)钴≤200mg/L和(或)镍≤200mg/L，并且待净化湿法锌冶金溶液的温度应控制在60-85℃之内。所述的不可逆超声波照射，是被至少一束超声波照射的待净化湿法锌冶金溶液是不可逆流动的，且至少包括以下一种超声波照射方式：超声波波源浸没于待净化湿法锌冶金溶液中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的直接照射方式和(或)超声波波源浸没于其它液体介质中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的隔离照射方式和(或)超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液连续发射超声波的连续照射方式和(或)超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液断续发射超声波的断续照射方式和(或)声场相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的同源照射方式和(或)声场不相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的非同源照射方式。所述的净化反应后液中的离子态杂质浓度趋向不可逆降低，可以是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以不可逆同向流动的方式流经至少一种超声波声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度是趋向不可逆降低的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度是趋向不可逆升高的；也可以是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以互为逆向流动的方式流经至少一种声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度可以是趋向升高的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度可以是趋向降低的。所述的净化反应后液中的锌粉浓度趋向升高，可以是采用在净化反应腔液面以下喷洒浆状锌粉、且锌粉的沉降方向垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向的方式来实现的，也可以是采用将待净化湿法锌冶金溶液逆向锌粉垂直沉降方向形成螺旋流的方式来实现的，所述的螺旋流可以是采用螺旋桨搅拌方式来实现，也可以是采用旋流喷射方式来实现的。所述的净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度趋向降低，可以是采用垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向分流固态杂质晶粒的方式来实现的，所述的分流固态杂质晶粒的方式至少包括无压分流净化反应后液底流的方式。所述的浆状锌粉，可以是以水为溶剂的常规锌粉溶液，锌粉用量为：用于超声去铜时，为待净化湿法锌冶金溶液中铜含量的1-1.5倍；用于超声去镉时，为待净化湿法锌冶金溶液中镉含量1-1.5倍；用于超声去钴时，为待净化湿法锌冶金溶液中钴含量20-100倍；用于超声去镍时，为待净化湿法锌冶金溶液中镍含量20-50倍。

根据所述的湿法锌冶金超声净化方法提出的一种超声净化装置是：一种湿法锌冶金超声净化装置，包括至少一个盛满待净化湿法锌冶金溶液的超声净化反应腔，至少一个待净化湿法锌冶金溶液进口，至少一个超声净化反应后液出口和至少一个超声净化反应后液底流出口，其特征是：所述的超声净化反应腔内，设有至少一种声场的不可逆超声波照射区，所述的不可逆超声波照射区设有包含至少一种超声波照射方式的一个以上超声波波源装置，且包含至少一条待净化湿法锌冶金溶液以不可逆流动方式流经的待净化溶液通道。所述的待净化溶液通道可以是采用隔离物设置的有形腔通道，也可以是采用水力设置的无形腔通道，所述的无形腔通道可以是螺旋桨装置或喷射泵提供的水力通道。

所述的湿法锌冶金超声净化方法及装置的用途，至少包括应用于直接产出高品位铜渣和(或)高品位镉渣和(或)高品位钴渣，还可应用于处理在先湿法锌冶金净化方法产出的铜镉渣和钴镍渣。

所述的湿法锌冶金超声净化方法的用途，是显而易见的：现有的湿法锌冶金净化方法直接产出的铜镉渣或钴镍渣，含锌品位通常达到50％以上，主要原因在于锌粉表面被净化反应产物包裹形成钝化膜，锌粉活性降低，大量锌粉成为无效锌粉夹带进入渣型晶粒之中。本发明通过精准控制净化温度、净化时间、锌粉用量和添加方式、锑盐或砷盐用量和添加方式，利用各种离子态杂质在设定的锌粉置换反应条件下的净化反应速度的差别，分别产出选择的渣型，达到了产出高品位铜渣和(或)高品位镉渣和(或)高品位钴渣的目的。

实施例二

图1为本发明的另一个实施例，从图1可以看出，本发明是实现湿法锌冶金超声净化方法的一种超声净化装置。

所述的湿法锌冶金超声净化装置，包括至少一个盛满待净化溶液1的超声净化反应腔3，所述的超声净化反应腔可以是顶部为敞口、上部为竖直圆筒形或正多边筒形、下部为下收敛圆锥形的组合腔，且设有待净化溶液进口2、超声净化反应后液出口7和超声净化反应后液底流出口18。在超声净化反应腔中部，设有一个超声波声场频率为15kHz、声强为2w/cm²的不可逆超声波照射区A13和一个超声波声场频率为28kHz、声强为1w/cm²的不可逆超声波照射区B14。所述的不可逆超声波照射区A与不可逆超声波照射区B，包含具有至少一种超声波照射方式(如直接照射和连续照射)的两个超声波波源装置：超声波波源装置A10和超声波波源装置B11，且包含至少一条待净化溶液以不可逆流动方式流经的待净化溶液通道A12。所述的待净化溶液通道A可以是采用隔离物设置的有形腔通道，也可以是采用水力设置的无形腔通道。在超声净化反应腔的下部，设有一个螺旋桨装置22，将待净化溶液B21的流动方式变成一种螺旋流，并形成至少一条无形腔通道——待净化溶液通道B23，对设置于超声净化反应腔上部及超声净化反应腔液面4以下位置的锌粉喷洒装置6喷洒的浆状锌粉5，提供向上的抬升力，阻止锌粉沉降到超声净化反应腔底部，并借助螺旋流的离心力作用使锌粉流动趋向超声波波源装置B，进入超声波波源装置B的超声波照射有效声场以内，强化超声波有效清除锌粉表面包层的作用。在超声净化反应后液底流出口18，设有一个无压分流装置17，超声净化后液底流19从无压分流装置排出。

本发明的技术原理是：盛满待净化溶液A24的超声净化反应腔3内，设有至少包括频率15-28kHz、声强0.5-5w/cm²的不可逆超声波照射区A13和不可逆超声波照射区B14。不可逆超声波照射区A，包括设置于超声净化反应腔上部的待净化溶液A的进口25，设置于超声净化反应腔中部的超声波波源装置A10、待净化溶液通道A12和待净化溶液通道A的出口20；不可逆超声波照射区B，包括设置于超声净化反应腔底部的固液分离区16，设置于超声净化反应腔内的超声波波源装置B11、待净化溶液通道B23和螺旋桨装置22，设置于超声净化反应腔上部的超声净化反应后液B的出口26和设置于超声净化反应腔液面4以下的锌粉喷洒装置6。净化温度、净化时间、锌粉用量和添加方式、锑盐或砷盐用量和添加方式，是根据离子态杂质浓度与选择的渣型设置的。

在超声波照射区A，含离子态杂质铜≤2000mg/L、镉≤2000mg/L，钴≤200mg/L、镍≤200mg/L的待净化溶液A和浆状锌粉5，以不可逆同向流动的方式流经待净化溶液通道A12，经超声波波源装置A的不可逆超声波照射，至少一种离子态杂质(比如铜离子)主体转变成固态渣型晶粒。超声净化反应后液A15中的离子态杂质浓度和锌粉浓度是趋向不可逆降低的，超声净化反应后液A中的固态杂质晶粒浓度是趋向不可逆升高的。锌粉用量的设定，使流经待净化溶液通道A后的超声净化反应后液A的锌粉含量达到最低浓度，防止锌粉用量超额过剩。

在超声波照射区B，从待净化溶液通道A的出口20流出的、至少一种离子态杂质主体转变成固态渣型晶粒的超声净化反应后液A15，旋流进入超声净化反应腔底部的固液分离区16。固态杂质晶粒在旋流水力作用下，沉入超声净化反应后液底流19，经无压分流装置17开路排出，快速脱离超声净化反应后液8的主流。超声净化反应后液A的上清液——待净化溶液B21，在螺旋桨装置22作用下，以螺旋流流态上升，螺旋流形成无形腔的待净化溶液通道B23。待净化溶液B21与锌粉喷洒装置6喷洒到待净化溶液B中的浆状锌粉5，以互为逆向流动的方式发生净化反应。螺旋流的离心力作用，使锌粉趋向超声波波源装置B，进入超声波波源装置B的超声波有效声场以内；螺旋流的抬升力作用，使锌粉沉降速度减慢，甚至处于悬浮状态，使超声净化反应后液B9中的锌粉浓度趋向升高成为可能。锌粉用量的设定，使不可逆流经待净化溶液通道B后的超声净化反应后液B的锌粉含量达到最低浓度，防止锌粉用量超额过剩；又使至少一种离子态杂质(比如镉离子)主体趋向转变成固态渣型晶粒。在待净化溶液通道B中，大颗粒的固态杂质晶粒可能沉降到超声净化反应腔底部，使超声净化反应后液B9中的固态渣型晶粒浓度趋向降低成为可能，小颗粒的固态杂质晶粒则随超声净化反应后液B从超声净化反应后液B的出口26流出，进入下一级超声净化反应腔或固液分离装置。由此实现湿法锌冶金超声净化过程。

实施例三

产出铜镉钴镍总渣的常规中上清超声净化工艺：两级超声净化工艺。

第一级超声净化工序：除铜镉钴镍，产出铜镉钴镍总渣。

净化温度70-85℃，超声净化时间5分钟。其中，不可逆超声波照射区A净化时间2分钟，不可逆超声波照射区B净化时间3分钟。

70-85℃待净化溶液先进入混合槽，按待净化溶液中离子态杂质铜+镉含量1:1-1.5对应的锌粉量、钴含量1:20-100对应的锌粉量、镍含量1:20-50对应的锌粉量加入锌粉，除钴对应的锑盐或砷盐量及添加方式是通常所用的，混合均匀后泵送第一级超声净化槽的待净化溶液通道A。

在不可逆超声波照射区A，经不可逆超声波照射2分钟，待净化溶液中90％以上的离子态铜镉钴镍杂质转化成固态杂质晶粒，超声净化后液A旋流进入超声净化反应腔底部固液分流区，固态杂质晶粒进入超声净化反应后液底流开路排出过滤。滤渣为铜镉钴镍总渣，含锌1.5-30％；滤液返回混合槽配料。超声净化反应后液A的上清液即待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下，螺旋上升进入不可逆超声波照射区B。

在不可逆超声波照射区B，按待净化溶液B中残余的离子态杂质铜+镉含量1:1-1.5对应的锌粉量、钴含量1:20-100对应的锌粉量、镍含量1:20-50对应的锌粉量加入锌粉，锌粉通过设置于超声净化反应腔液面以下的锌粉喷洒装置均匀喷洒到待净化溶液B中，待净化溶液B和锌粉互为逆向流动，在待净化溶液通道B中经不可逆超声波照射3分钟，超声净化反应后液B中残余的铜镉钴镍离子态杂质主体转变成固态杂质晶粒，大颗粒杂质晶粒沉降到超声净化反应腔底部，小颗粒固态杂质晶粒随超声净化反应后液B溢流出槽，进入第二级超声净化工序或第二级超声净化槽。

第二级超声净化工序：扫铜镉，产出净化达标的锌电积新液。

净化温度60-70℃，超声净化时间5分钟。其中，不可逆超声波照射区A净化时间2分钟，不可逆超声波照射区B净化时间3分钟。

进入第二级超声净化槽的待净化溶液，锌粉是在第一级超声净化槽由锌粉喷洒装置加入的。

在不可逆超声波照射区A，自然降温或强制降温到60-70℃的待净化溶液，进入待净化溶液通道A，经不可逆超声波照射，待净化溶液中残余的主体离子态铜镉杂质转化成固态杂质晶粒，超声净化反应后液A旋流进入超声净化反应腔底部固液分流区，固态杂质晶粒进入超声净化反应后液底流开路排出过滤。滤渣为铜镉渣，含锌30-50％，调浆后返回混合槽配料；滤液为超声净化反应后液A的上清液即待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下，螺旋上升进入不可逆超声波照射区B。

在不可逆超声波照射区B，待净化溶液B的离子态杂质已净化达标时，可停止超声波照射，以防止超声波照射加速固态杂质晶粒反溶；如果待净化溶液B的离子态杂质仍未净化达标，可添加适量锌粉(比如1.0g/L锌粉)，在不可逆超声波照射下扫铜镉，完成净化反应。超声净化后液溢流出槽过滤，滤液为净化达标的锌电积新液，泵送新液储槽；滤渣含锌粉较高，返回混合槽配料。

两级超声净化工艺，净化温度60-85℃，净化总时间20分钟，其中超声净化10分钟，过滤10分钟；产出铜镉钴镍总渣，渣含锌1.5-30％。

实施例四

产出高品位铜渣、高品位镉渣、高品位钴渣的高铜(含铜≤2000mg/L)常规中上清超声净化工艺：三级超声净化工艺。

第一级超声净化工序：除铜，产出高品位铜渣。

净化温度60-75℃，超声净化时间5分钟。其中，不可逆超声波照射区A净化时间2分钟，不可逆超声波照射区B净化时间3分钟。

60-75℃待净化溶液先进入混合槽，按待净化溶液中离子态杂质铜含量1:1-1.5对应的锌粉量加入锌粉，混合均匀后泵送第一级超声净化槽的待净化溶液通道A。

在不可逆超声波照射区A，经不可逆超声波照射2分钟，待净化溶液中90％以上的离子态铜杂质转化成固态杂质晶粒，超声净化反应后液A旋流进入超声净化反应腔底部固液分流区，固态杂质晶粒进入超声净化反应后液底流开路排出过滤。滤渣为高品位铜渣，含铜68-86％、锌1.5-3％；滤液返回混合槽配料。超声净化反应后液A的上清液即待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下，螺旋上升进入不可逆超声波照射区B。

在不可逆超声波照射区B，按待净化溶液B中残余的离子态杂质铜+镉含量1:1-1.5对应的锌粉量、钴含量1:20-100对应的锌粉量、镍含量1:20-50对应的锌粉量加入锌粉，除钴对应的锑盐或砷盐量及添加方式是通常所用的，锌粉通过设置于超声净化反应腔液面以下的锌粉喷洒装置均匀喷洒到待净化溶液B中。待净化溶液B和锌粉互为逆向流动，在待净化溶液通道B中经不可逆超声波照射3分钟，超声净化反应后液B中残余的钴、镍、镉及铜离子杂质主体转变成固态杂质晶粒，大颗粒杂质晶粒沉降到超声净化反应腔底部，小颗粒固态杂质晶粒随超声净化反应后液B溢流出槽，进入第二级超声净化工序或第二级超声净化槽。

第二级超声净化工序：除钴镍铜镉，产出高品位钴渣。

净化温度75-85℃，除钴镍铜镉超声净化时间5分钟。其中，不可逆超声波照射区A净化时间2分钟，不可逆超声波照射区B净化时间3分钟。

进入第二级超声净化槽的待净化溶液，锌粉及锑盐或砷盐是在第一级超声净化槽加入的。

在不可逆超声波照射区A，保温或强制升温到75-85℃的待净化溶液，经不可逆超声波照射，待净化溶液中90％以上的残余离子态杂质转化成固态杂质晶粒。超声净化反应后液A旋流进入固液分流区经过固液分流，固态杂质晶粒进入超声净化反应后液底流开路排出过滤。滤渣为高品位钴渣，含钴8-45％、锌1.5-30％；滤液返回混合槽。超声净化反应后液A的上清液即待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下形成螺旋流，进入不可逆超声波照射区B。

在不可逆超声波照射区B，按待净化溶液B中残余的离子态杂质铜+镉含量1:1-1.5对应的锌粉量、钴含量1:20-100对应的锌粉量、镍含量1:20-50对应的锌粉量加入锌粉，锌粉通过设置于超声净化反应腔液面以下的锌粉喷洒装置均匀喷洒到待净化溶液B中。待净化溶液B和锌粉互为逆向流动，在待净化溶液通道B中经不可逆超声波照射3分钟，超声净化反应后液B中残余的钴、镍、镉及铜离子杂质主体转变成固态杂质晶粒，大颗粒杂质晶粒沉降到超声净化反应腔底部，小颗粒固态杂质晶粒随超声净化反应后液B溢流出槽，进入第三级超声净化工序或第三级超声净化槽。

第三级超声净化工序：除镉，扫铜镉，产出高品位镉渣。

净化温度60-70℃，除镉、扫铜镉超声净化时间5分钟。其中，不可逆超声波照射区A净化时间2分钟，不可逆超声波照射区B净化时间3分钟。

进入第三级超声净化槽的待净化溶液，锌粉是在第二级超声净化槽由锌粉喷洒装置加入的。

在第三级超声净化槽的不可逆超声波照射区A，强制降温到60-70℃的待净化溶液，经不可逆超声波照射，待净化溶液中90％以上的残余离子态杂质镉等转化成固态杂质晶粒。超声净化反应后液A旋流进入固液分流区经过固液分流，固态杂质镉晶粒进入超声净化反应后液底流开路排出过滤。滤渣为高品位镉渣，含镉18-20％、铜30-45％、锌30-35％；滤液返回混合槽。超声净化反应后液A的上清液即待净化溶液B，在螺旋桨装置作用下形成螺旋流，进入不可逆超声波照射区B。

在不可逆超声波照射区B，待净化溶液B的离子态杂质已净化达标时，可停止超声波照射，以防止超声波照射加速固态杂质晶粒反溶；如果待净化溶液B的离子态杂质仍未净化达标，可添加适量锌粉(比如1.0g/L锌粉)，在不可逆超声波照射下扫铜镉，完成净化反应。超声净化后液溢流出槽过滤，滤液为净化达标的锌电积新液，泵送新液储槽；滤渣含锌粉较高，返回混合槽配料。

三级超声净化工艺，净化温度60-85℃，净化总时间30分钟，其中超声净化15分钟，过滤15分钟；直接产出高品位铜渣、高品位镉渣和高品位钴渣。

本湿法锌冶金超声净化方法的优点：

1、超声净化达标时间达到30分钟，与现有湿法锌冶金净化方法的净化达标时间240-270分钟相比，工艺流程大幅缩短，节能达到70％以上。

2、超声净化除钴的锌粉用量可达到理论量的20倍，与现有湿法锌冶金净化方法除钴的锌粉消耗为理论量的100-200倍相比，大幅降低了锌粉消耗。

3、超声净化除杂浓度范围大幅拓宽，与现有湿法锌冶金净化方法相比(一般要求控制中上清钴浓度≤15mg/L)，扩大了锌矿粉原料范围，尤其是扩大了高钴、高镍锌矿粉的处理能力。

4、超声净化可直接产出高品位铜渣、高品位镉渣、高品位钴渣，是对现有湿法锌冶金净化方法的重大突破。

5、通过精准控制超声净化温度、超声净化时间、锌粉用量和添加方式、锑盐或砷盐用量和添加方式，可制定柔性化处理中上清离子态杂质浓度的湿法锌冶金超声净化工艺制度并产出综合回收效益最佳的渣型。

Claims (10)

1.一种湿法锌冶金超声净化方法，其特征在于：所述的湿法锌冶金超声净化方法，在湿法锌冶金超声净化装置内，采用超声波产生的超声波声场对待净化湿法锌冶金溶液实施不可逆超声波照射，使净化反应后液中的离子态杂质浓度不可逆降低，达到除杂的目的；湿法锌冶金超声净化装置包括至少一个盛满待净化湿法锌冶金溶液的超声净化反应腔，至少一个待净化湿法锌冶金溶液进口，至少一个超声净化反应后液出口和至少一个超声净化反应后液底流出口，所述的超声净化反应腔内，设有至少一种声场的不可逆超声波照射区，所述的不可逆超声波照射区设有包含至少一种超声波照射方式的一个以上超声波波源装置，且包含至少一条待净化湿法锌冶金溶液以不可逆流动方式流经的待净化溶液通道；所述的净化反应后液中的离子态杂质浓度不可逆降低是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以不可逆同向流动的方式流经至少一种超声波声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度是不可逆降低的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度是不可逆升高的；或所述的净化反应后液中的离子态杂质浓度不可逆降低是采用待净化湿法锌冶金溶液和浆状锌粉以互为逆向流动的方式流经至少一种声场的不可逆超声波照射区的方法来实现的过程，且净化反应后液中的锌粉浓度是升高的，净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度是降低的；所述的不可逆超声波照射，是被至少一束超声波照射的待净化湿法锌冶金溶液是不可逆流动的，且至少包括以下一种超声波照射方式：超声波波源浸没于待净化湿法锌冶金溶液中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的直接照射方式和/或超声波波源浸没于其它液体介质中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的隔离照射方式和/或超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液连续发射超声波的连续照射方式和/或超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液断续发射超声波的断续照射方式和/或声场相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的同源照射方式和/或声场不相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的非同源照射方式；所述的超声波声场，至少包括频率为15-28kHz、声强为0.5-5w/cm²的超声波声场；所述的待净化湿法锌冶金溶液，是含铜、镉、钴、镍离子态杂质的锌矿粉浸出后液，所述的离子态杂质的浓度范围为：铜≤2000mg/L、镉≤2000mg/L、钴≤200mg/L和/或镍≤200mg/L，并且待净化湿法锌冶金溶液的温度控制在60-85℃之内。

2.如权利要求1所述的湿法锌冶金超声净化方法，其特征在于：所述的不可逆超声波照射，是被至少一束超声波照射的待净化湿法锌冶金溶液是不可逆流动的，且至少包括以下一种超声波照射方式：超声波波源浸没于待净化湿法锌冶金溶液中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的直接照射方式和/或超声波波源浸没于其它液体介质中发射超声波照射待净化湿法锌冶金溶液的隔离照射方式和/或超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液连续发射超声波的连续照射方式和/或超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液断续发射超声波的断续照射方式和/或声场相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的同源照射方式和/或声场不相同的超声波波源向待净化湿法锌冶金溶液发射超声波的非同源照射方式。

3.如权利要求1所述的湿法锌冶金超声净化方法，其特征在于：所述的净化反应后液中的锌粉浓度趋向升高是采用在净化反应腔液面以下喷洒浆状锌粉、且锌粉的沉降方向垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向的方式来实现的；或是采用将待净化湿法锌冶金溶液逆向锌粉垂直沉降方向形成螺旋流的方式来实现的，所述的螺旋流是采用螺旋桨搅拌方式来实现；或是采用旋流喷射方式来实现的。

4.如权利要求1所述的湿法锌冶金超声净化方法，其特征在于：所述的净化反应后液中的固态杂质晶粒浓度趋向降低是采用垂直逆向待净化湿法锌冶金溶液流动方向分流固态杂质晶粒的方式来实现的，所述的分流固态杂质晶粒的方式至少包括无压分流净化反应后液底流的方式。

5.如权利要求1所述的湿法锌冶金超声净化方法，其特征在于：所述的浆状锌粉是以水为溶剂的常规锌粉溶液，锌粉用量为：用于超声去铜时，为待净化湿法锌冶金溶液中铜含量的1-1.5倍；用于超声去镉时，为待净化湿法锌冶金溶液中镉含量1-1.5倍；用于超声去钴时，为待净化湿法锌冶金溶液中钴含量20-100倍；用于超声去镍时，为待净化湿法锌冶金溶液中镍含量20-50倍。

6.一种湿法锌冶金超声净化方法的超声净化装置，包括至少一个盛满待净化湿法锌冶金溶液的超声净化反应腔，至少一个待净化湿法锌冶金溶液进口，至少一个超声净化反应后液出口和至少一个超声净化反应后液底流出口，其特征是：所述的超声净化反应腔内，设有至少一种声场的不可逆超声波照射区，所述的不可逆超声波照射区设有包含至少一种超声波照射方式的一个以上超声波波源装置，且包含至少一条待净化湿法锌冶金溶液以不可逆流动方式流经的待净化溶液通道。

7.如权利要求6所述的湿法锌冶金超声净化装置，其特征在于：所述的待净化溶液通道是采用隔离物设置的有形腔通道；或是采用水力设置的无形腔通道，所述的无形腔通道是螺旋桨装置或喷射泵提供的水力通道。

8.一种按照权利要求7所述湿法锌冶金超声净化装置的用途，其特征在于：所述的湿法锌冶金超声净化装置用于直接产出高品位铜渣和/或高品位镉渣和/或高品位钴渣。

9.一种按照权利要求7所述湿法锌冶金超声净化装置的用途，其特征在于：所述的湿法锌冶金超声净化装置用于处理在先湿法锌冶金净化方法产出的铜镉渣和钴镍渣。

10.如权利要求8或9所述的湿法锌冶金超声净化装置的用途，其特征在于：所述的湿法锌冶金超声净化装置的用途是通过控制超声净化温度、超声净化时间、锌粉，以及锑盐或砷盐用量和添加方式来实现的。

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