CN109371244B - 一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法 - Google Patents

一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，该方法是将锌粉净化渣和水搅拌浆化后，加热浆液至40～65℃，再在浆液中缓慢加入40～65℃的湿法炼锌浸出液，保温反应，反应结束后，液固分离，滤液即为除杂浸出液，滤渣即为杂质金属富集渣。该方法将浸出液中的铜、锗、钴、镍、镉置换为相应的固体单质富集进入渣相，同时将锌粉净化渣中的锌尽量溶解进入溶液，由此实现浸出液中铜、锗、钴、镍、镉等主要杂质元素的脱除和富集，以及锌粉净化渣中锌的高效利用。该方法具有工艺简单、成本低、有价金属利用率高等优点，具有较好的产业化应用前景。

Description

一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的 方法
技术领域
本发明涉及一种锌粉净化渣再利用的方法，具体涉及利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，属于有色金属冶金领域。
背景技术
Cu、Cd、Co、Ni是湿法炼锌浸出液中常见的杂质元素，这些杂质元素对湿法炼锌系统，特别锌电解能否正常运转有着显著的影响，为此，锌浸出液在进入锌电解前，需进行多次除杂处理。同时，由于这些杂质元素含量相对较高、价值较高，这使得其回收和利用备受冶金工作者的关注。
目前，湿法炼锌系统对Cu、Cd、Co、Ni的脱除，大多采用锌粉净化工艺，即以锌粉为还原剂，将Cu、Cd、Co、Ni置换为相应的单质，使之以固相形式脱除，从而达到净化的目的。该技术相对成熟，已被业界所广泛使用。然而，在锌粉净化除杂工艺中，锌粉往往需要过量数十倍加入，导致锌粉的利用率较低，净化渣中Cu、Cd、Co、Ni等有价元素含量低，难以被有效利用。此外，由于传统净化工艺往往由两段或三段工序构成，这使得Cu、Cd、Co、Ni等有价元素的走向趋于分散，不利于后续的回收。
锌粉净化渣锌含量高达50-60％，且40％以上为金属锌，其它主要成分为Cu、Cd、Co、Ni等元素，含量不到2％。为提高锌粉的利用率，技术人员尝试将第三段净化渣返回第一段或第二段净化工序使用，尽管这种处理可以降低锌粉耗量，但由于锌粉经第三段工序使用后，本身处于钝化状态，活性较差，导致其返回第一段或第二段净化工序后，利用率仍然较低。另外，这种处理仅降低了部分锌粉消耗，对Cu、Cd、Co、Ni的高效回收未有改善。因而，如何降低锌粉消耗，实现锌粉净化渣的高效利用和Cu、Cd、Co、Ni有价元素的高效富集，一直是湿法炼锌行业的一大热点。
发明内容
针对现有技术中锌粉净化渣难以有效利用的问题，本发明提供一种利用锌粉净化渣作为还原剂，通过反向加料方式高效脱除酸性锌浸出液的Cu、Cd、Co、Ni等金属杂质的方法，该方法不仅可脱除酸性锌浸出液中的Cu、Cd、Co、Ni等杂质，而且可以降低锌粉净化渣中锌的含量，同时实现Cu、Cd、Co、Ni等金属在锌粉净化渣中富集，有利于后续的有价金属回收处理，该方法工艺简单、回收率高、成本低，有利于广泛应用。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，该方法是将锌粉净化渣和水搅拌浆化后，加热浆液至40～65℃，再在浆液中缓慢加入40～65℃的湿法炼锌浸出液，保温反应，反应结束后，液固分离，滤液即为除杂浸出液，滤渣即为杂质金属富集渣。
优选的方案，水和锌粉净化渣的质量比例为3～8:1。
优选的方案，所述锌粉净化渣中金属锌的质量含量＞20％。
优选的方案，所述锌粉净化渣的用量为将湿法炼锌浸出液中杂质金属离子置换所需锌总摩尔量的20～50倍，锌粉净化渣的摩尔量以其包含的锌的摩尔量计量
优选的方案，所述湿法炼锌浸出液中主要包含Cu、Cd、Co及Ni杂质金属离子，Cu、Cd、Co及Ni杂质金属离子的浓度分别大于100mg/L、100mg/L、10mg/L、5mg/L。高浓度的铜、镉对锌粉置换渣的活性有着良好的提升作用。
优选的方案，所述湿法炼锌浸出液为pH大于1.5，且小于3.5的酸性溶液。当湿法炼锌浸出液pH＞3.5时，可用废电解液进行调整。当pH＜1.5时，需进行与中和。
优选的方案，所述湿法炼锌浸出液的相对加料速度＜7.5m3/h。加料速率过快容易造成体系局部酸度过高，导致铜、镉等杂质返溶。
优选的方案，所述滤液进行深度除杂和锌电积；所述杂质金属富集渣作为回收包含铜、镉、钴、镍在内有价金属的原料。
优选的方案，保温反应的时间为40～80min。
本发明采用锌粉净化渣作为还原剂来进行湿法炼锌浸出液除杂。虽然锌粉净化渣的金属锌含量较高，其本身仍具有一定的还原性，但是其表面易被碱式硫酸锌包覆，导致其被钝化，在中性浸出体系下失去除杂效果。本发明巧妙地通过加料顺序和加料速度来调控反应体系的pH为弱酸性环境，一方面通过利用体系的弱酸性环境破坏包裹于锌粉净化渣表面的钝化层，使得其回复还原能力，同时单质态的Cu、Cd、Co、Ni在弱酸性环境中相对稳定，不造成Cu、Cd、Co、Ni的返溶。本发明与传统的净化工序中加酸活化处理不同，为尽量避免Cu、Cd、Co、Ni的返溶，本发明采用反向加料方式，即以锌粉净化渣为底料，将酸性浸出液逐步加入，能保证体系的弱酸性环境，使置换反应顺利进行，又能够避免局部过酸的问题，从而有效降低Cu、Cd、Co、Ni的返溶。此外，大量实验表明：高浓度的铜、镉对锌粉置换渣的活性有着良好的提升作用，这点也解释了锌粉净化渣返回二段净化工序后，即使采用酸性活化后，效果仍然不佳的主要原因。这是因为二段净化工序中，硫酸锌溶液中铜、镉含量较低，难以起到活化处理。为此，考虑到锌粉净化渣的特性以及酸性浸出液的成分特点，本发明采用锌粉净化渣为还原剂，采用反向加料方式脱除酸性浸出液的Cu、Cd、Co、Ni，利用酸性浸出液本身的残酸和高浓度的铜、镉活化锌粉净化渣，使得锌粉净化渣的还原能力得到充分发挥，由此不仅可脱除酸性浸出液中的Cu、Cd、Co、Ni，并利用置换和溶解反应降低锌粉净化渣中锌的含量，还可进一步富集Cu、Cd、Co、Ni，使得渣中Cu、Cd、Co、Ni含量得到显著提高，从而有利于后续的回收处理。
本发明首先利用酸性浸出液的残酸破坏锌粉净化渣的钝化层，使之恢复还原能力，然后利用铜、镉对锌粉的活化作用，进一步提升锌粉对Cu、Cd、Co、Ni置换脱除能力。同时为避免锌粉净化渣本身所含Cu、Cd、Co、Ni的返溶，采用反向加料方式，即将酸性浸出液缓慢加入至锌粉净化渣浆化液中，并通过锌粉加入量和酸性浸出液初始pH的调控，实现锌粉净化渣中锌的置换溶解，由此实现锌粉净化渣的高效利用和酸性浸出液中Cu、Cd、Co、Ni的高效富集，以及浸出液中Cu、Cd、Co、Ni的预脱除，从而为后续的深度净化提供良好的基础。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优势：
(1)本发明工艺过程简单、成本低，易于实现产业化。
(2)本发明以锌粉净化渣为除杂原料，通过调整净化方式，既可充分利用锌粉净化渣的置换除杂能力，还可进一步富集Cu、Cd、Co、Ni等有价元素，为后续的有价元素回收奠定良好的基础。
(3)本发明充分利用了酸性浸出液和锌粉净化渣的特性，不仅实现了Cu、Cd、Co、Ni资源的富集，还实现了浸出液的初步净化，浸出液中Cu、Cd、Co、Ni的脱除率分别可达95％、90％、85％、85％以上，降低了后续深度净化的难度，同时减少后续深度净化过程对锌粉消耗。
(4)本发明环境友好，无废气、废水、废渣产生。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求保护范围。
实施例1：
在50m3反应釜中加入2.1吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)和8.5m3水，搅拌浆化均匀后，升温至60℃。然后，加入将预热至60℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为4.5m3/h。加料完成后，继续保温反应70min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、28.2mg/L、4.7mg/L、2.3mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至5.63％、8.85％、0.38％、0.24％、，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
对比例1：
在50m3反应釜中加入40m3预热至60℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)，然后加入2.1吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)，搅拌浆化均匀后，在60℃保温反应70min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<2.8mg/L、182.5mg/L、12.9mg/L、21.5mg/L。
对比例1与实施例1的区别在于：实施例1采用反向加料，而对比例1则采用正向加料。尽管采用对比例1的方法可以降低浸出液中的铜、镉、镍、钴杂质，但脱除效率较低，所得滤液杂质含量仍然较高，还需进一步净化处理，同时也降低了这些杂质在渣重的富集效果。之所以出现这一状况，是因为在正向加料条件下，浸出液中的游离酸与金属锌优先反应，金属锌被H+消耗，使得可供置换的金属锌量降低，导致铜、镉、镍、钴等杂质的脱除效率降低。由此可见，加料顺序对锌粉置换渣的除杂效率影响十分显著。
实施例2：
在50m3反应釜中加入4.5吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)和4.5m3水，搅拌浆化均匀后，升温至45℃。然后，加入将预热至55℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为6.5m3/h。加料完成后，继续保温反应50min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、2.6mg/L、1.6mg/L、0.4mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至2.64％、3.85％、0.28％、0.11％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
对比例2：
在50m3反应釜中加入4.5吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)和4.5m3水，搅拌浆化均匀后，升温至45℃。然后，加入将预热至55℃的酸性浸出液(pH＝1.6,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为6.5m3/h。加料完成后，继续保温反应50min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<5.4mg/L、84.7mg/L、12.8mg/L、15.9mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至2.57％、3.46％、0.08％、0.05％，铜、镉、镍、钴等有价金属在渣中的含量得到进一步提升。
对比例2与实施例2的区别在于：实施例2浸出液pH为2.9，而对比例1则为1.6。从对比例2的结果看，在pH为1.6的条件下，采用锌粉净化渣可以降低浸出液中的铜、镉、镍、钴杂质，但脱除效率较低，所得滤液杂质含量仍然较高，还需进一步净化处理，同时镍、钴在渣重的富集效果较差，这使得镍、钴的回收率较低。这是因为在较低pH下，浸出液中游离酸不仅与净化渣中的氧化锌反应，过量的游离酸也会与金属锌反应，使得可供置换的金属锌量降低，导致铜、镉、镍、钴等杂质的脱除效率降低。因而，为确保杂质的脱除效果，同时提高铜、镉、镍、钴在渣中的富集效果，应在保证净化渣活性的前提下，尽量提高反应pH。
实施例3：
在50m3反应釜中加入3.2吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)和6m3水，搅拌浆化均匀后，升温至50℃。然后，加入将预热至55℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为3.5m3/h。加料完成后，继续保温反应60min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、6.8mg/L、3.4mg/L、0.8mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至3.26％、4.78％、0.31％、0.22％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
实施例4：
在50m3反应釜中加入2.7吨锌粉净化渣(总锌:56.45％，金属锌:35.78％，铜:0.41％，镉:4.35％，镍:0.15％，钴:0.22％)和7.2m3水，搅拌浆化均匀后，升温至45℃。然后，加入将预热至60℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为4.5m3/h。加料完成后，继续保温反应60min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、17.6mg/L、4.6mg/L、2.4mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至4.01％、5.64％、0.38％、0.16％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
实施例5：
在50m3反应釜中加入4.08吨锌粉净化渣(总锌:52.33％，金属锌:25.42％，铜:2.28％，镉:3.96％，钴:0.26％，镍:0.15％)和6m3水，搅拌浆化均匀后，升温至60℃。然后，加入将预热至50℃的酸性浸出液(pH＝2.9,锌:142g/L,铜:854mg/L，镉:466mg/L，镍:15mg/L，钴:36mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为5.0m3/h。加料完成后，继续保温反应50min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、25.6mg/L、5.2mg/L、2.8mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至5.07％、7.52％、0.51％、0.28％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
实施例6：
在50m3反应釜中加入5.2吨锌粉净化渣(总锌:58.32％，金属锌:38.84％，铜:1.61％，镉:3.04％，钴:0.14％，镍:0.07％)和6m3水，搅拌浆化均匀后，升温至55℃。然后，将预热至60℃的酸性浸出液加入将预热至60℃的酸性浸出液(pH＝2.1,锌:139g/L,铜:925mg/L，镉:741mg/L，钴:38mg/L，镍:14mg/L)缓慢加入到反应釜中，加料速度为2.5m3/h。加料完成后，继续保温反应60min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、21.4mg/L、3.2mg/L、1.8mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至4.02％、5.94％、0.88％、0.18％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
实施例7：
在50m3反应釜中加入3吨锌粉净化渣(总锌:61.24％，金属锌:42.47％，铜:1.47％，镉:3.28％，钴:0.15％，镍:0.09％)和4.5m3水，搅拌浆化均匀后，升温至55℃。然后，将预热至60℃的酸性浸出液(pH＝1.1,锌:135g/L,铜:752mg/L，镉:515mg/L，钴:31mg/L，镍:11mg/L)用碳酸锌中和至2.7，接着将预中和后的酸性浸出液缓慢加入到反应釜中，加料速度为5.0m3/h。加料完成后，继续保温反应45min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、4.1mg/L、1.4mg/L、0.7mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至4.18％、6.75％、0.42％、0.21％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。
实施例8：
在50m3反应釜中加入4.2吨锌粉净化渣(总锌:56.23％，金属锌:28.86％，铜:2.06％，镉:4.35％，钴:0.28％，镍:0.15％)和5m3水，搅拌浆化均匀后，升温至40℃。然后，将预热至55℃的酸性浸出液(pH＝4.1,锌:145g/L,铜:861mg/L，镉:774mg/L，钴:35mg/L，镍:14mg/L)用废电解液中酸化至pH＝2.9，接着将酸化后的酸性浸出液缓慢加入到反应釜中，加料速度为4.5m3/h。加料完成后，继续保温反应50min。反应结束后，过滤收集滤渣和滤液，所得滤液中铜、镉、镍、钴浓度分别降至<0.1mg/L、30.4mg/L、5.2mg/L、1.6mg/L，这大大的降低了后续深度净化的难度。同时，这些有价元素在滤渣中的含量分别上升至4.87％、8.04％、0.62％、0.32％，为这些有价金属的高效回收奠定了良好的基础。

Claims (6)

1.一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：将锌粉净化渣和水搅拌浆化后，加热浆液至40～65℃，再在浆液中缓慢加入40～65℃的湿法炼锌浸出液，保温反应，反应结束后，液固分离，滤液即为除杂浸出液，滤渣即为杂质金属富集渣；
所述湿法炼锌浸出液中主要包含Cu、Cd、Co及Ni杂质金属离子，Cu、Cd、Co及Ni杂质金属离子的浓度分别大于100mg/L、100mg/L、10mg/L、5mg/L；
所述湿法炼锌浸出液为pH大于1.5，且小于3.5的酸性溶液；
所述湿法炼锌浸出液的相对加料速度＜7.5m3/h。
2.根据权利要求1所述的一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：水和锌粉净化渣的质量比例为3～8:1。
3.根据权利要求2所述的一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：所述锌粉净化渣中金属锌的质量含量＞20％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：所述锌粉净化渣的用量为将湿法炼锌浸出液中杂质金属离子置换所需锌总摩尔量的20～50倍，锌粉净化渣的摩尔量以锌的摩尔量计量。
5.根据权利要求1所述的一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：保温反应的时间为40～80min。
6.根据权利要求1所述的一种利用锌粉净化渣从湿法炼锌浸出液中富集和开路杂质的方法，其特征在于：所述滤液进行深度除杂和锌电积；所述杂质金属富集渣作为回收包含铜、镉、钴、镍在内有价金属的原料。
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