CN104911630A - 一种低槽压电解锌的方法 - Google Patents

Abstract

一种低槽压电解锌的方法涉及锌湿法冶金领域，解决电解锌能耗大的难题，以适应工业化低能减排的生产发展需求。本发明采用在电解液中添加一定浓度的碳链为C1～C4的有机直链酸或有机直链醇，利用C1～C4的有机直链酸或有机直链醇的氧化反应电势低于阳极析氧反应电势的原理，使阳极反应优先进行有机物氧化反应，从本质上改变了电极反应过程，从而降低反应体系的槽压，能有效减缓了电解过程中能耗大的问题。

Description

一种低槽压电解锌的方法

技术领域

本发明涉及锌湿法冶金领域，具体涉及一种低槽压的电解锌方法。

背景技术

随着镀锌产业、锌合金产业、电池产业等迅速发展，世界各国对锌的需求量越来越大。中国作为主要的产锌大国，其中湿法冶金制锌占锌产量的80％以上。然而湿法冶金的无效电能损耗达每年45亿度，占葛洲坝年发电量的1/3，如何降低能耗成为了产业的一大技术难题。

以电解硫酸锌为例，阴极反应为：

阳极反应为：

阳极析氧反应的标准反应电势高达1.23V，且氧气在电极上的析出存在很大的超电压，实际生产时候阳极反应电势在2V以上。目前用于工业生产的电解锌工艺，普遍采用硫酸电解液体系，用铅银合金作为阳极材料，阳极腐蚀较大，寿命短，特别是生产槽压高达3V以上，能耗巨大。

本方案通过采用改变硫酸体系电解锌的阳极反应，提供了一种低槽压的新型电解锌方法，在500A/m²阴极电流密度下槽压为2.4V～2.6V，预计节能20％以上。

发明内容

本发明针对目前电解锌产业槽压高、能耗大的问题，提出了一种低槽压的电解锌新方法。本发明能在湿法冶金领域，解决电解锌能耗大的难题，以适应工业化低能减排的生产发展需求。

一种低槽压的电解锌方法，其特征在于，步骤如下：

(1)新液的制备：采用稀硫酸浸取氧化锌原矿，浸出的新液为含锌量70～80g/L，含硫酸量150～160g/L；；净化后的新液要求达到：Cd<0.5mg/L，Cu<0.1mg/L，Co<0.2mg/L，Fe<15mg/L，As<0.01mg/L；

(2)电解液的混合：将新液、硫酸和通过导流槽循环利用的电解废液三者在混合池中机械混合，并配入碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸，使碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸含量80～100g/L，物理机械混合后得到最终的电解液，进入电解池进行电解锌过程；

采用铝板阴极，采用钛基阳极极板，阳极催化剂为Pt系催化剂，阴极和阳极的极板间距为30～100mm；

阴极电流密度为200～1000A/m²，电解液温度为30～40摄氏度，槽压2.4V～2.6V，析出周期为8～48小时；

通过调控新液和硫酸的添加量，控制通过导流槽流入混合池的废液量，电解液废液的含锌量为50～60g/L，电解液含硫酸量180～200g/L，碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸含量60～80g/L。

本发明采用碳链为C1～C4有机直链醇或有机直链酸的电催化氧化过程作为电解锌阳极氧化过程，其反应的标准电位较水的氧化析氧电位低。以甲酸和甲醇为例，具体反应和理论数据如下所示：

甲醇氧化反应：

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-      E⁰＝0.016V vs NHE(标准氢电极)

甲酸氧化反应：

HCOOH→CO²+2H⁺+2e^-          E⁰＝-0.25V vs NHE(标准氢电极)

表1电极反应的理论电势

其中：甲醇氧化和甲酸氧化的槽压由阳极反应电势与析氧电势差值计算而得。

本发明采用的新型低槽压电解锌的新方法，采用在电解液中添加一定浓度的碳链为C1～C4的有机直链酸或有机直链醇，利用C1～C4的有机直链酸或有机直链醇的氧化反应电势低于阳极析氧反应电势的原理，使阳极反应优先进行有机物氧化反应，从本质上改变了电极反应过程，从而降低反应体系的槽压。

本发明的优点在于：利用电解液中添加了碳链为C1～C4的有机直链酸或有机直链醇改变了电解锌阳极的反应，且C1～C4的有机直链酸或有机直链醇的电催化氧化反应具有比传统电解锌阳极析氧反应更低的电势，从而使得槽压降低，能有效减缓了电解过程中能耗大的问题。

附图说明

图1是电解锌流程图；

图2是本发明与传统电解锌方法效果对比图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种新型电解锌的生产方法，使用该电解锌的方法进行生产，从而达到节约能耗，降低成本的目的。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下为本发明的其中一种具体实施例，结合附图以及实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于以下实施例。请参考附图1的电解锌的生产流程图。

实施例：

新型低槽压电解锌方法，包括浸锌、混液、电解、废液控制步骤，其具体过程如附图1所示的流程图。

浸锌步骤为，采用稀硫酸浸取氧化锌原矿，浸出的新液为含锌量70～80g/L，电解液含硫酸量150～160g/L。净化后的新液要求达到：Cd<0.5mg/L，Cu<0.1mg/L，Co<0.2mg/L，Fe<15mg/L，As<0.01mg/L。

混合步骤为，将新液、硫酸和通过导流槽循环利用的电解废液三者在混合池中机械混合，并配入甲醇，使甲醇含量80～100g/L，物理机械混合后得到最终的电解液，进入电解池进行电解锌过程。

电解步骤为，采用铝阴极极板，钛基阳极极板，阳极涂覆Pt系催化剂。Pt系催化剂具体为：将Pt质量分数为20％的碳载铂催化剂，分散于乙醇中，配置成碳载铂含量为1mg/ml的溶液。将碳载铂含量为1mg/ml的催化剂溶液，均匀涂覆在极板上，碳载铂催化剂涂覆量为1g/m²。相邻阴阳电极间距为75mm，电解液温度为30～40℃，阴极电流密度500A/m²，电解槽压为2.5V，析出周期为24h。

通过调控新液、硫酸和甲醇的添加量，控制循环体系中通过导流槽流入混合池的废液量，调节最终电解液废液的含锌量为50～60g/L，电解液含硫酸量180～200g/L，甲醇含量60～80g/L。循环使用，通过控制新液、硫酸、甲醇的添加量，和调节循环体系中导流槽流入混液池的废液量，使得最终电解废液的含量保持稳定。

对比例：

浸锌步骤为，采用稀硫酸浸取氧化锌原矿，浸出的新液为含锌量70～80g/L，电解液含硫酸量150～160g/L。净化后的新液要求达到：Cd<0.5mg/L，Cu<0.1mg/L，Co<0.2mg/L，Fe<15mg/L，As<0.01mg/L。

混合步骤为，将新液、硫酸和通过导流槽循环利用的电解废液三者在混合池中机械混合，得到最终的电解液，进入电解池进行电解锌过程。

电解步骤为，采用铝阴极极板，钛基阳极极板，阳极涂覆Pt系催化剂。相邻阴阳电极间距为75mm，电解液温度为30～40℃，阴极电流密度500A/m²，电解槽压为3.3V，析出周期为24h。

通过调控新液和硫酸的添加量，控制循环体系中通过导流槽流入混合池的废液量，调节最终电解液废液的含锌量为50～60g/L，电解液含硫酸量180～200g/L。循环使用，通过控制新液、硫酸的添加量，和调节循环体系中导流槽流入混液池的废液量，使得最终电解废液的含量保持稳定。

实验组新型低槽压电解锌方法与对照组传统电解锌方法对比如附图2所示。

Claims (1)

1.一种低槽压的电解锌方法，其特征在于，步骤如下：

(1)新液的制备：采用稀硫酸浸取氧化锌原矿，浸出的新液为含锌量70～80g/L，含硫酸量150～160g/L；净化后的新液要求达到：Cd<0.5mg/L，Cu<0.1mg/L，Co<0.2mg/L，Fe<15mg/L，As<0.01mg/L；

(2)电解液的混合：将新液、硫酸和通过导流槽循环利用的电解废液三者在混合池中机械混合，并配入碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸，使碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸含量80～100g/L，物理机械混合后得到最终的电解液，进入电解池进行电解锌过程；

采用铝板阴极，采用钛基阳极极板，阴极和阳极的极板间距为30～100mm；

阴极电流密度为200～1000A/m²，电解液温度为30～40摄氏度，槽压2.4V～2.6V，析出周期为8～48小时；

通过调控新液和硫酸的添加量，控制通过导流槽流入混合池的废液量，电解液废液的含锌量为50～60g/L，电解液含硫酸量180～200g/L，碳链为C1～C4的有机直链醇或碳链为C1～C4的有机直链酸含量60～80g/L。