CN102433569B - 一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行电解的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行电解的方法。该方法的特点是，用离子膜将高碱性脉石氧化锌矿氨浸经除杂净化后的锌氨配合物溶液与阳极溶液分隔开；锌离子在阴极上还原，从而得到纯度高的金属锌；阳极只析出O2而不发生NH3分解，电解后阴极液可返回用于浸出。该方法具有流程短，工艺适应性强，电解能耗低、金属回收率高、作业环境好等优点。

Description

一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行电解的方法
技术领域
本发明涉及一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行电解的方法。
背景技术
我国锌矿资源丰富，主要分为硫化矿和氧化矿两大类。其中硫化矿易于选冶，自然界中炼锌矿物原料95％以上是硫化矿；而氧化矿资源也十分丰富，但由于氧化锌矿是自然界风化的产物，矿物在开采和破碎时极易“泥化”，通常情况下选矿十分困难。而且，氧化锌矿中往往同时夹杂有较多的Si、Ca、Mg、Fe等元素的化合物杂质，使得矿石更难富集。虽然拥有资源丰富的优势，却也存在低品位矿石居多、碱性脉石含量高的不利状况。随着硫化矿石的日益减少和对矿物原料需求的不断增加，储量大，但品位低、嵌布细的氧化矿石资源开发受到了越来越多的关注。
目前低品位氧化锌矿的湿法冶炼工艺主要有：
(1)酸浸法
酸浸法主要有“酸浸-净化-萃取-酸性电积”工艺，就是在传统湿法炼锌工艺(一般为硫酸浸出)流程中增加一个萃取程序。该工艺主要针对锌酸浸出液中氟化物、氯化物较少和钙镁杂质较少的氧化锌矿(硫化锌矿需经焙烧再浸出)。萃取有利于进一步提高锌溶液的纯度和浓度，从而提高锌电解的效率和电锌质量。
杨大锦等成功采用堆浸-氧化中和除铁-萃取-酸性电积工艺处理氧化锌矿，已实现了半工业化。另外，纳米比亚斯科皮昂锌矿冶炼厂于2003年5月建成了世界上第一家采用“酸浸-萃取-酸性电积”工艺从氧化锌提取锌的生产线，处理锌矿品位为10.6％。这些方法的应用，使氧化锌矿的冶金过程消耗降低，成本减少，形成了氧化锌矿的新冶金工艺。
酸浸法工艺对低品位氧化锌矿，特别是对高碱性脉石型低品位氧化锌矿采用硫酸浸出不合适。
(2)氨浸法
氨浸法主要有“氨浸-净化-碱性电解”和“氨浸-净化-萃取-酸性电积”两种工艺。
张元福等采用氨-氯化铵水溶液处理高硅、高铁的氧化锌矿，然后通过电解浸出液制取电解锌，该工艺对含锌大于20％的氧化锌矿石，锌的浸出率可大于95％，锌电解时直流电能耗为2380～2460kwh/t。杨声海等也研究了以氨-氯化铵水溶液为浸出剂从氧化锌焙砂中浸出锌，氨浸液经净化后，以涂钌钛板为阳极、铝板为阴极，在一定条件下电积锌液制取高纯锌。北京矿冶研究总院已开发氨水制取锌粉工艺，该工艺以氢氧化锌为原料，经氨水浸出后净化，净化液经电解制得一定要求的锌粉。赵廷凯等研究了锌-氨-硫酸铵体系中电解制取活性锌粉的工艺，在合适的条件下锌的总回收率为97.97％。可见，“氨浸-净化-碱性电解”工艺主要针对的是品位较高的氧化锌矿物原料；这是由浸出液直接进行碱性电解制锌对电解液的浓度所要求的，而其电解过程通常伴有NH3在阳极发生氧化分解。
为解决“氨浸-净化-碱性电解”工艺的不足而提出“氨浸-净化-萃取-酸性电积”工艺，在处理氧化率和碱性脉石含量均较高的云南东川汤丹铜矿较为成功。该工艺以氨-碳酸氨为浸出剂，以LIX84和LIX54萃取剂进行研究，通过“九五”科技攻关,在试验研究的基础上建成了一座年产500t阴极铜的试验工厂，1997年底投产，目前运行情况良好。此类方法用于处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿也有良好的效果，因为萃取可富集锌，可以满足电解的要求，但目前尚未实现工业化。
目前离子膜电解槽主要用于电解水与氯碱工业。其中，电解槽按电极的连接方式，可分为单极式和复极式两类电解槽。当电极总面积相同时,复极式电解槽的电流较小，电压较高，所需直流电源的投资比单极式者省。复极式一般采用压滤机结构形式，比较紧凑。但易漏电和短路，槽结构和操作管理比单极式复杂。单极式电解槽截面一般为长方形或方形，圆筒形占地大,空间利用率低,采用较少。复极式电解槽适于大型生产，大容量、低能耗的优点比较突出。
在氯碱离子膜电解槽中，日本BiTACTM型、德国的BM型、意大利的DD型基本上代表了世界上的先进水平，它们多为零极距离子膜电槽，能有效地降低液体电压降。为防止气体滞留和电解液浓度不均，白木弘之等人设计了一种新型的离子膜电槽，在阳极室中设置有通道让电解液自然循环，在电槽上方设有气液分离室以利于气体的排出。该电槽已在氯碱工业中工业规模(设备能力10kt/a)的装置上运转了3年，电解性能非常稳定。膜-电极一体化(SPE)电解槽也具有强劲吸引力，它消除了通常膜电槽溶液电压降及气泡效应，目前国外正积极开发研究。国内的深圳市柯雷恩环境科技有限公司的慎义勇等人设计了一种电解硫酸钠、硫酸氢钠用的阴离子膜电解槽，既能产出满足脱硫工艺要求的氢氧化钠，又可获得较高浓度的硫酸，且节能降耗效果明显。
然而，离子膜电解技术在湿法冶金中还很少得到大规模工业应用，其一个重要原因在于缺乏高效的离子膜电解槽，因为目前氯碱工业的离子膜电解槽无法直接移植到冶金工业中。在冶金工业中电极常需要移动以获得阴极产物或更新阳极，若使用氯碱工业的离子膜电解槽设计，膜可能因此遭受损害。所以，改进膜装置设计以适应冶金工业体系的要求，且实现节能降耗，成为实现离子膜技术工业化的重要条件。
综上所述，采用以往的“氨浸法”处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿的电解工艺主要存在以下三个问题：
1.“氨浸-净化-碱性电解”工艺因其碱性电解过程难以避免NH3的分解，不仅增加了氨的损耗，同时增加了能耗；此外该工艺缺少富集锌的环节，因此不适用于处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿。
2.“氨浸-净化-萃取-酸性电积”工艺是将氨浸工艺与传统的酸性电解工艺相结合，虽然解决了富集锌的问题，使其可以应用于高碱性脉石型低品位氧化锌矿的处理，也回避了碱性电解的NH3分解问题，但该工艺流程长，前为碱循环，后为酸循环，使整个工艺的大循环难以达到合理的匹配，同时还增加了酸耗，从而增加了生产成本。
3.目前氯碱工业的离子膜电解槽无法直接移植到冶金工业中。
本发明采用双液电解池电解的办法，可以有效解决以上问题。
发明内容
本发明提出一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行双液电解池电解的新方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：先采用阴离子膜将电解槽分为阳极室与阴极室，然后将氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液净化除杂后，注入阴极室,阳极室注入电解质溶液(电解质溶液为中性或碱性溶液，例如氢氧化钠溶液，硫酸钠溶液等)电解后，阴极室电解废液流出电解槽后再度返回氨浸工序。
电解槽为由大阴极室与活动阳极室共同构成的双液电解槽，电解槽电压为2-4伏，平均电流密度为100-300安培/平方米，温度不高于50℃。
该方法的特点是，用离子膜将高碱性脉石型低品位氧化锌矿氨浸经除杂净化后的锌氨配合物溶液与阳极溶液分隔开；锌离子在阴极上还原，从而得到纯度高的金属锌；阳极只析出O2而不发生NH3分解，电解后阴极液可返回用于浸出。该方法具有流程短，工艺适应性强，电解能耗低、金属回收率高、作业环境好等优点。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：一、工艺技术简单，对电解液锌浓度适用范围广(高低浓度均可)，流程短，可降低生产成本；二、电解过程中氨不会分解，减低氨损耗和能耗；三、金属回收率高，电锌质量提高；四、阳极室为活动的，即可根据生产需要调整阴阳电极间距，又方便电极的更换与维护。
附图说明
图1是本发明离子膜电解原理示意图；
1.离子膜
2.阴极
3.阳极
4.阴极室
5.阳极室
6.阴离子迁移方向
其中电解时阴极室所包含离子有：Zn2+、Zn2+(NH3)n、NH4 +、SO4 2-、H2O、H+、OH-，阳极室所包含离子有：H2O、H+、OH-。
阴极室反应：Zn2++2e＝Zn阳极室反应：2OH--2e＝1/2O2+H2O
图2是本发明方法工艺流程图；
图3是本发明方法用的离子膜电解槽照片。
活动阳极室置于大阴极室中，可任意调整其在阴极室内的位置，并可在大阴极室允许长度范围内放置多个活动阳极室。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
1、按照图2的工艺流程图所示的基本工序，进行矿物氨性浸出、净化除杂、离子膜电解。氨性浸出可以采用堆浸、槽浸，最好采用塔柱浸，浸出渣为弃渣。净化除杂要除去的杂质种类不多，是氨浸法的优点；除杂净化渣留存，可进一步回收处理其中的有价有色金属。
2、离子膜电解要采用本方法设计的“大阴极室与活动阳极室离子膜电解槽”(见图3)。电解时阴极室流进的新液锌浓度为5-40g/L，槽电压3伏，平均电流密度200安培/平方米，电流效率95％左右，温度50℃以下。阴极室电解废液流出电解槽后再度返回氨浸工序。

Claims (1)

1.一种针对氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液进行电解的方法，其特征在于，先采用阴离子膜将电解槽分为阳极室与阴极室，然后将氨浸法处理高碱性脉石型低品位氧化锌矿浸出液净化除杂后，注入阴极室,阳极室注入电解质溶液，电解质溶液为氢氧化钠溶液或硫酸钠溶液，电解后，阴极室电解废液流出电解槽后再度返回氨浸工序；所述的电解槽为由大阴极室与活动阳极室共同构成的双液室电解槽，电解时，槽电压为2-4伏，平均电流密度为100-300安培/平方米，温度不高于50℃，阳极室所进行的反应为2OH--2e＝1/2O2+H2O；注入阴极室的溶液中，锌的含量为5-40g/l。
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