一種製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法與流程
2023-05-10 11:36:36
本發明涉及有機化工產品合成和有色金屬冶煉領域，特別是一種製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法。
背景技術：
在溼法鋅冶煉過程中，當硫酸鋅電解溶液中的銅、鎘、鈷、鎳等陽離子雜質較高時，會引發電解過程的鋅片返溶或燒板。因此，為了確保電解過程的生產正常進行，必須對進入電解前的硫酸鋅溶液進行脫去銅、鎘、鈷、鎳等多種陽雜質的淨化處理。目前，脫去硫酸鋅溶液陽離子雜質主要有鋅粉砷鹽法、鋅粉銻鹽法、鋅粉黃藥法、鋅粉萘酚法四種方法：
鋅粉砷鹽法，第一步用鋅粉除去溶液中的大部分銅、鎘雜質，第二步用鋅粉和砷鹽除去溶液中的鈷，第三步再用鋅粉除去返溶解於溶液中的鎘。該方法除去銅、鎘、鈷的效果好，但除去鎳的能力較差，只能用於含鎳較低的溶液淨化除雜，且由於過程中加入了砷鹽，產出砷化氫有毒氣體的可能性增大，現場作業環境惡化。
鋅粉銻鹽法，第一步用鋅粉除去溶液中的大部分銅、鎘雜質，第二步用鋅粉和銻鹽除去溶液中的鈷、鎳，第三步再用鋅粉除去返溶解於溶液中的鎘。該方法除去銅、鎘、鈷、鎳的效果好，能夠確保經過淨化除雜後的溶液滿足電解溶液的質量要求，且由於過程中加入了毒性很小的銻鹽，現場作業環境得到改善。但由於該方法在第二步除鈷、鎳時，需要在溫度85℃以上進行，能源消耗大，生成成本高。
鋅粉黃藥法，第一步用鋅粉除去溶液中的大部分銅、鎘雜質，第二步用黃藥除去溶液中的鈷、鎳。該方法除去銅、鎘、鈷、鎳的效果好，能夠確保經過淨化除雜後的溶液滿足電解溶液的質量要求，且工藝過程縮短到兩步，生成成本較低，但由於過程加入的黃藥，性能很不穩定，揮發性強，作業現場有較濃的惡臭氣味，嚴重影響操作工人的身體健康。
鋅粉萘酚法，第一步用鋅粉除去溶液中的大部分銅、鎘雜質，第二步用萘酚除去溶液中的鈷、鎳。其優點和缺點與鋅粉黃藥法相似，除去銅、鎘、鈷、鎳的效果好，能夠確保經過淨化除雜後的溶液滿足電解溶液的質量要求，生成成本較低，但由於過程加入的萘酚，性能很不穩定，揮發性強，作業現場有較濃的惡臭氣味，嚴重影響操作工人的身體健康。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法，製備的脫雜劑成本低，穩定性好，容量大，適用性強，能夠在常溫下脫去硫酸鋅溶液中的銅、鎘、鈷、鎳等多種陽離子雜質，且對溶液後續的電解不存在負面影響。
本發明通過以下技術方案實現上述目的：一種製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法，包括如下步驟：
(1)、混料：將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇和二硫化碳按重量比580：152，在溫度0～20℃下混合，形成混合料；
(2)、合成反應：按氫氧化鈉固體粉未總重量與混合料總重量比為80：732，分3～5次均衡加入氫氧化鈉固體粉未，在溫度5～35℃下進行合成反應，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉和水；
(3)、加鋅反應：將反應產物2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉和水加入到裝有過量的硫酸鋅溶液的不鏽鋼桶內，在溫度10～50℃下攪拌40～60min，進行加鋅反應，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液；
(4)、產品形成：在溫度10～30℃下，將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液進行離心分離後得到的固體即是硫酸鋅溶液脫雜劑。
除另有說明外，本發明所述的百分比均為質量百分比，各組分含量百分數之和為100％。
本發明的突出優點在於：
脫雜劑的製備原料充足，製備過程中所用到的2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇、二硫化碳、氫氧化鈉可以從市場直接採購，硫酸鋅溶液可以從用硫酸鋅固體溶解配製。
脫雜劑的製備過程容易控制，所有的過程都是在常壓和較低溫度下進行，不需要加壓、也不需要加熱，適當攪拌並控制適當的攪拌時間即可。
脫雜劑產品性能穩定，由於採用了較大分子量的2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇為基體，基體中含有雙十八烷基碳鏈，基體分子中碳原子總數量達到39個，碳原子數量的增加及碳鏈的延長，大幅度提高了熔點、沸點，也降低了產品的水溶性，提升了產品的穩定性；進行加鋅反應後，使產品分子量達到795，分子中碳原子數量達到41個，更進一步提高了產品熔點、沸點，產品熔點142℃，沸點376℃，也進一步降低了產品的水溶性，在溫度80℃，產品在水中的溶解度約1mg/L，同時，加鋅反應，也增加了產品的抗氧化能力，產品具有良好穩定性。
脫雜劑脫雜能力較大，由於選用了2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇作為基體，基體中有兩個羥基，進行合成反應後，基體中有兩個黃原酸功能團，能夠提供兩個絡合雜質陽離子的功能鍵，可以絡合兩個+1價的陽離子，也可以直接絡合一個+2價的陽離子，在理論上，每795克產品，可以除去64克銅離子，或可以除去112克鎘離子，或可以除去59克+2價鈷離子、鎳離子。
脫雜劑適用性強，本發明所述的脫雜劑黃原酸功能團，對銅、鎘、鈷、鎳離子的親和力，大於對鋅離子的親和力，脫雜劑與溶液中的銅、鎘、鈷、鎳離子形成更穩定的物質，因此，脫雜劑既能夠脫除溶液中的銅離子、鎘離子，也能夠脫除溶液中的鈷離子、鎳離子。且應用結果表明，脫雜劑脫除銅、鎘、鈷、鎳雜質的溫度為60～70℃，該溫度是溼法煉鋅時，中上清溶液的正常溫度，因此，使用本發明所述的脫雜劑脫雜時，不需要對溶液進行加熱升溫，可以將硫酸鋅溶液中的銅、鎘、鈷、鎳離子分別降低到0.2mg/L、0.6mg/L、0.5mg/L、0.4mg/L，既確保經過淨化脫雜後的溶液達到電解液的標準要求，也節約了脫雜過程的能源消耗。
一種製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法，製備過程的合成反應和加鋅反應兩個過程的主要化學反應方程式分別如下：
合成過程：(CH2OH)C(C18H37)2(CH2OH)+2CS2+2NaOH→
(CH2OCSSNa)C(C18H37)2(CH2OCSSNa)+2H2O
加鋅過程：(CH2OCSSNa)C(C18H37)2(CH2OCSSNa)+ZnSO4→
Zn(CH2OCSS)C(C18H37)2(CH2OCSS)+Na2SO4
附圖說明
圖1為本發明所述的製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法的工藝流程圖。
具體實施方式
以下通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
實施例1
本實施例為本發明所述的製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法的第一實例，包括如下步驟：
(1)、混料：將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇580kg、二硫化碳按152kg，加入到1m3容積的不鏽鋼混涅機內，在溫度0℃下混合，形成混合料732kg；
(2)、合成反應：分3次，每次間隔時間為20min，每次往混涅機內加入氫氧化鈉固體粉未26.7kg，在溫度5℃下進行合成反應，60min後，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉776kg和水36kg；
(3)、加鋅反應：接著將反應產物2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉776kg和水36kg，加入到裝有1m3含Zn2+150g/L的硫酸鋅溶液的2m3帶攪拌的不鏽鋼桶內，在溫度10℃下攪拌40min，進行加鋅反應，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅795kg和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液；
(4)、產品形成：在溫度10℃下，將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液進行離心分離，得到固體2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅，進行包裝，得到硫酸鋅溶液脫雜劑產品795kg。
實施例2
本實施例為本發明所述的製備硫酸鋅溶液脫雜劑的方法的第二實例，包括如下步驟：
(1)、混料：將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇2900kg、二硫化碳按760kg，加入到6m3容積的不鏽鋼混涅機內，在溫度10℃下混合，形成混合料3660kg；
(2)、合成反應：分4次，每次間隔時間為20min，每次往混涅機內加入氫氧化鈉固體粉未100kg，在溫度20℃下進行合成反應，80min後，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉3880kg和水180kg；
(3)、加鋅反應：接著將反應產物2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉3880kg和水180kg，加入到裝有5m3含Zn2+150g/L的硫酸鋅溶液的10m3帶攪拌的不鏽鋼桶內，在溫度30℃下攪拌50min，進行加鋅反應，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅3975kg和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液；
(4)、產品形成：在溫度20℃下，將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液進行離心分離，並將固體2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅進行包裝，得到硫酸鋅溶液脫雜劑產品3975kg。
實施例3
本實施例為本發明所述的一種製備硫酸鋅溶液脫氟劑的方法的第三實例，包括如下步驟：
(1)、混料：將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二醇5800kg、二硫化碳按1520kg，加入到12m3容積的不鏽鋼混涅機內，在溫度20℃下混合，形成混合料7320kg；
(2)、合成反應：分5次，每次間隔時間為20min，每次往混涅機內加入氫氧化鈉固體粉未160kg，在溫度35℃下進行合成反應，100min後，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉7760kg和水360kg；
(3)、加鋅反應：接著將反應產物2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鈉7760kg和水360kg，加入到裝有10m3含Zn2+150g/L的硫酸鋅溶液的20m3帶攪拌的不鏽鋼桶內，在溫度50℃下攪拌60min，進行加鋅反應，生成2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅7950kg和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液；
(4)、產品形成：在溫度30℃下，將2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅和硫酸鈉硫酸鋅混合溶液進行離心分離，並將固體2，2-二正十八烷基-1，3-丙二黃原酸鋅進行包裝，得到硫酸鋅溶液脫雜劑產品7950kg。
實施例4
本實施例為本發明所述的硫酸鋅溶液脫雜劑的第一應用實例：
將實施例1製備的硫酸鋅溶液脫雜劑56kg，加入到80m3的淨化脫雜槽內，與含Zn2+145g/L、Cu5mg/L、Cd20mg/L、Co3mg/L、Ni2mg/L、pH5.2的硫酸鋅溶液70m3，在溫度60℃下，攪拌反應60min後，過濾，得到的過濾溶液含Zn2+145g/L、Cu0.12mg/L、Cd0.54mg/L、Co0.42mg/L、Ni0.21mg/L、pH5.3，過濾液的銅、鎘、鈷、鎳雜質含量滿足Cu≤0.2mg/L、Cd≤0.8mg/L、Co≤0.6mg/L、Ni≤0.5mg/L的電解溶液標準要求，銅、鎘、鈷、鎳雜質的平均脫除率95.7％，脫雜劑消耗量為0.8kg/m3硫酸鋅溶液。
實施例5
本實施例為本發明所述的硫酸鋅溶液脫雜劑的第二應用實例：
將實施例2製備的硫酸鋅溶液脫雜劑63kg，加入到80m3的淨化脫雜槽內，與含Zn2+150g/L、Cu12mg/L、Cd35mg/L、Co13mg/L、Ni5mg/L、pH5.3的硫酸鋅溶液70m3，在溫度65℃下，攪拌反應60min後，過濾，得到的過濾溶液含Zn2+150g/L、Cu0.14mg/L、Cd0.58mg/L、Co0.46mg/L、Ni0.25mg/L、pH5.3，過濾液的銅、鎘、鈷、鎳雜質含量滿足Cu≤0.2mg/L、Cd≤0.8mg/L、Co≤0.6mg/L、Ni≤0.5mg/L的電解溶液標準要求，銅、鎘、鈷、鎳雜質的平均脫除率97.8％，脫雜劑消耗量為0.9kg/m3硫酸鋅溶液。
實施例6
本實施例為本發明所述的硫酸鋅溶液脫雜劑的第三應用實例：
將實施例3製備的硫酸鋅溶液脫雜劑70kg，加入到80m3的淨化脫雜槽內，與含Zn2+155g/L、Cu15mg/L、Cd45mg/L、Co20mg/L、Ni10mg/L、pH5.4的硫酸鋅溶液70m3，在溫度70℃下，攪拌反應60min後，過濾，得到的過濾溶液含Zn2+155g/L、Cu0.17mg/L、Cd0.59mg/L、Co0.48mg/L、Ni0.29mg/L、pH5.4，過濾液的銅、鎘、鈷、鎳雜質含量滿足Cu≤0.2mg/L、Cd≤0.8mg/L、Co≤0.6mg/L、Ni≤0.5mg/L的電解溶液標準要求，銅、鎘、鈷、鎳雜質的平均脫除率98.3％，脫雜劑消耗量為1.0kg/m3硫酸鋅溶液。
以上三個應用實例說明，本發明所製備的硫酸鋅溶液脫雜劑，脫雜效率高，達到95％以上，脫雜劑平均消耗量為0.9kg/m3硫酸鋅溶液，三個應用實例結果數據見表1。
表1 3個應用實例結果數據