一種從溼法煉鋅溶液脫除氯離子的方法
2023-05-01 19:32:16 1
一種從溼法煉鋅溶液脫除氯離子的方法
【專利摘要】本發明涉及一種從溼法煉鋅溶液脫除氯離子的方法，屬於有色金屬冶金領域。該方法是:向溼法煉鋅溶液中加入強氧化劑，將溶液中氯離子氧化為單質氯，然後將上述溶液置於負壓環境下，使溶解於溶液中的單質氯以氯氣形式迅速從溼法煉鋅溶液中逸出，從而達到脫除溶液中氯離子的目的。本發明具有工藝簡單、無複雜設備要求、成本低、脫氯效果好等優點，具有較好的產業化應用前景。
【專利說明】一種從溼法煉鋅溶液脫除氯離子的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，屬於有色金屬冶金領域。技術背景
[0002]自20世紀80年代以來，全球鋅產量的80%以上採用溼法煉鋅工藝生產，且這一比例仍在不斷增長，溼法煉鋅工藝已成為鋅冶金的必然趨勢。溼法煉鋅工藝的核心是獲得高品質的硫酸鋅溶液，因此，淨化除雜是該工藝流程的重要環節之一，而硫酸鋅溶液中的氯離子對溼法煉鋅廠的技術經濟指標影響十分顯著。過高的氯離子含量不僅導致設備腐蝕嚴重，還會引發鋅電積過程中陽極損耗，降低陰極鋅的品質。為此，國內外有色企業對鋅電積液中氯離子含量有著嚴格要求，一般要求鋅電積液中氯離子含量小於100mg/L。
[0003]眾所周知，溼法煉鋅溶液本身的酸度較低，氯離子含量也不高，這使得該溶液中氯離子的脫除變得尤為困難，為脫除溼法煉鋅溶液中氯離子，研究人員開展了十分廣泛的探討，並取得了一些進步，如氯化亞銅沉澱法、銀離子沉澱法、離子交換法、萃取法等工藝。儘管這些方法均可在一定程度上脫除溶液中氯離子，但仍存在較多缺點，如流程長、成本高、氯離子脫除率低等，從而使得這些方法未能被大規模產業化應用，業界亟需一種低成本、高效率的溶液中氯 離子的脫除方法。
[0004]查閱文獻，暫未發現利用強氧化劑氧化脫氯的報導，這是因為溼法煉鋅溶液本身成分複雜，氯離子含量也不高，這一特點，使得氯離子的氧化反應速度較慢。還有更重要的一點是，常溫常壓條件，氯氣在溶液中的溶解度較大，飽和溶解濃度超過6g/L。也就是說，對於含氯僅為2g/L的溼法煉鋅溶液，即使利用強氧化劑將氯離子轉化為單質氯，也不能使其從溶液中完全逸出。
【發明內容】
[0005]25°C標準氣壓下，氯化鋅在100g水中的溶解度可達416g，而單質氯的溶解度僅為
0.6413g，且隨著溶液溫度的升高，氯化鋅的溶解度逐步提高，而單質氯的溶解度卻隨之降低。本發明以此為立足點，針對現有脫氯工藝的不足，提供了一種工藝簡單、脫氯深度大、成本低的脫氯方法。
[0006]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，按氧化劑理論用量的1-3倍，將氧化劑加入pH值< I的溼法煉鋅溶液中，攪拌，控制反應壓力為<80KPa，反應，得到脫氯的溼法煉鋅溶液，所述氧化劑理論用量是溼法煉鋅溶液中氯離子完全氧化成氯氣所需氧化劑的量，所述氧化劑選自高錳酸、水溶性高錳酸鹽、重鉻酸、水溶性重鉻酸鹽、高氯酸、水溶性高氯酸鹽、氯酸、水溶性氯酸鹽、次氯酸、水溶性次氯酸鹽中的一種。所述氧化劑優選為高錳酸、水溶性高錳酸鹽、重鉻酸、水溶性重鉻酸鹽、高氯酸、水溶性高氯酸鹽、氯酸、水溶性氯酸鹽中的一種。進一步優選為高錳酸、水溶性高錳酸鹽、重鉻酸、水溶性重鉻酸鹽中的一種。
[0007]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，氧化劑用量優選為1-3倍，進一步優選為1-1.5倍理論用量；氧化劑用量過高則會導致處理成本升高、脫氯後溶液中殘餘的氧化劑濃度過高，而不利於後續的操作。
[0008]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，所述溼法煉鋅溶液的溫度為25-950C ;優選為 30-90°C，進一步優選為 35_60°C。
[0009]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，所述溼法煉鋅溶液中氯離子的濃度大於100mg/L。
[0010]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，反應壓力優選為25-75Kpa，進一步優選為25-50Kpa。
[0011]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，反應時，控制反應時間為l-4h。
[0012]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，包括下述步驟:
[0013]步驟一
[0014]將氯離子的 濃度大於100mg/L的溼法煉鋅溶液泵入到反應釜中，開啟攪拌，調整溶液PH值至≤1，並升溫至溶液的溫度為25-95°C ；
[0015]步驟二
[0016]以溼法煉鋅溶液中氯離子完全氧化成氯氣所需氧化劑的量為理論用量，按氧化劑理論用量的1-1.5倍，將氧化劑加入反應釜中，使反應釜內壓力維持在< 80KPa，攪拌反應l_4h，得到脫氯的溼法煉鋅溶液，收集反應產生的氣體。
[0017]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，氯的脫除率> 90%。
[0018]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，脫氯反應產生的氯氣可被收集作為副產品回收。
[0019]本發明一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，調整強氧化劑的加入量和/或控制反應釜內的壓力可以控制溶液中氯離子的脫除率。
[0020]本發明提供的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法中，加入強氧化劑後，將反應釜內維持在負壓狀態，不僅可加速氯離子的氧化速度和脫除速度，還可提高氯離子的脫除率。
[0021]原理和優勢
[0022]本發明利用氧化劑將溼法煉鋅溶液中高溶解度的氯離子轉化為低溶解度的單質氯，同時利用負壓條件加速氧化反應，並促使溶解於溶液中的單質氯以氯氣的形式迅速逸出，收集氯氣作為副產品，從而達到脫氯的目的。利用負壓條件，不僅可促進氧化速度，還可有效降低單質氯在溶液中溶解度。由化學反應平衡理論可知，反應物和反應產物的濃度均能影響反應速度，甚至反應方向。因此，氯離子的氧化速度，不僅取決於氯離子和氧化劑的濃度，還取決於溶液中單質氯的濃度。隨著氧化反應的進行，溶液中氯離子和氧化劑濃度下降，而單質氯的濃度卻逐步提高，直至達到飽和，這一變化趨勢將不利於氯離子氧化反應的進行，導致反應速度迅速降低。根據亨利定律，在一定溫度下，氣體在液體中的溶解度與壓力呈反比。因此，當控制反應釜內為負壓氣氛時，可使原本溶解於水中的氯氣析出，從而降低了水中的氯氣濃度，並促進氧化反應的進行。
[0023]本發明嚴格控制溼法煉鋅溶液的pH值≤1、溫度為25_95°C (優選為30_90°C，進一步優選為35-60 °C )、壓力為≤80Kpa(反應壓力優選為25_75Kpa，進一步優選為25-50Kpa)，通過酸度、壓力、溫度以及還原劑的協同作用確保了溼法煉鋅溶液中的氯離子儘可能完全轉化成氯氣並從溶液中脫離除去，從而得到了符合國家標準的鋅電積液。[0024]本發明與現有技術相比較具有以下優勢:
[0025](I)本發明操作簡單、無複雜設備要求、成本低，易於實現產業化。
[0026](2)本發明投入少、成本低，且所添加氧化劑對後續電解鋅的生產無負面影響，工藝匹配性好。
[0027](3)本發明脫氯效率高、脫氯深度大，可從根本上解決因溼法煉鋅溶液中氯離子含量超標所帶來的的種種問題，滿足高品質電解鋅的生產要求，特別是為今後的大極板電解
奠定基礎。
[0028](4)本發明環境友好，無廢氣、廢渣產生，所產生氯氣被吸收後可做為副產品出售。
【具體實施方式】
[0029]實施例1:
[0030]將8000L pH為0.6的含氯離子1200mg/L、鋅112g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至60°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加 入14.24Kg高錳酸鉀，即控制氯離子與高錳酸鉀摩爾比為3:1 (氧化劑用量為理論用量的1.7倍)。加料完成繼續保溫反應3h，反應時控制反應壓力為65Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為82mg/L，氯的脫除率為93%。
[0031]實施例2:
[0032]將8000L pH為0.2的含氯離子1500mg/L、鋅124g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至35°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入20.32Kg高錳酸，即控制氯離子與高錳酸摩爾比為2:1 (氧化劑用量為理論用量的2.5倍)。加料完成繼續保溫反應lh，反應時控制反應壓力為40Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為28mg/L，氯的脫除率為98%。
[0033]實施例3:
[0034]將8000L pH為0.15的含氯離子1000mg/L、鋅80g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至30°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入16.56Kg重鉻酸鉀，即控制氯離子與重鉻酸鉀摩爾比為4:1 (氧化劑用量為理論用量的1.5倍)。加料完成繼續保溫反應4.5h，反應時控制反應壓力為60Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為85mg/L，氯的脫除率為92%。
[0035]實施例4:
[0036]將8000L pH為0.42的含氯離子1200mg/L、鋅118g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至80°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入9.06Kg高氯酸，即控制氯離子與高氯酸摩爾比為7:1 (氧化劑用量為理論用量的1.15倍)。加料完成繼續保溫反應3h，反應時控制反應壓力為50Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為58mg/L，氯的脫除率為91%。
[0037]實施例5:
[0038]將8000L pH為0.76的含氯離子1100mg/L、鋅110g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至40°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入5.72Kg高氯酸鉀，即控制氯離子與高氯酸鉀摩爾比為6:1 (氧化劑用量為理論用量的1.3倍)。加料完成繼續保溫反應2.5h，反應時控制反應壓力為30Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為65mg/L，氯的脫除率為92%。
[0039]實施例6:
[0040]將8000L pH為0.36的含氯離子1260mg/L、鋅132g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至90°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入6.96Kg氯酸鉀，即控制氯離子與氯酸鉀摩爾比為5:1 (氧化劑用量為理論用量的1.2倍)。加料完成繼續保溫反應2h，反應時控制反應壓力為20Kpa ;結束脫氯反應後，所得溶液中氯離子含量為96mg/L，氯的脫除率為91%。
[0041]實施例7:[0042]將8000L pH為0.12的含氯離子1600mg/L、鋅106g/L的溼法煉鋅浸出液泵入到反應釜中，開啟攪拌，並升溫至75°C，開啟真空泵(2BV5-131型水環真空泵)和淋洗塔循環泵，然後向溶液中加入22.SKg次氯酸鉀，即控制氯離子與次氯酸鉀摩爾比為0.25:1 (氧化劑用量為理論用量的2倍)。加料完成繼續保溫反應0.5h，反應時控制反應壓力為25Kpa ;結束脫氯反應後，後，結束脫氯反應，所得溶液中氯離子含量為47mg/L，氯的脫除率為91 %。
【權利要求】
1.一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:以溼法煉鋅溶液中氯離子完全氧化成氯氣所需氧化劑的量為理論用量，按氧化劑理論用量的1-3倍，將氧化劑加入pH值≤ I的溼法煉鋅溶液中，攪拌，控制反應壓力為<80Kpa，反應，得到脫氯的溼法煉鋅溶液，所述氧化劑選自高錳酸、水溶性高錳酸鹽、重鉻酸、水溶性重鉻酸鹽、高氯酸、水溶性高氯酸鹽、氯酸、水溶性氯酸鹽、次氯酸、水溶性次氯酸鹽中的一種。
2.根據權利要求1所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:氧化劑用量為1-1.5倍理論用量。
3.根據權利要求1所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:所述溼法煉鋅溶液的溫度為25-95°C。
4.根據權利要求1所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:所述溼法煉鋅溶液中氯離子的濃度大於100mg/L。
5.根據權利要求1所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:反應壓力為25-50KPa。
6.根據權利要求1所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:反應時，控制反應時間為l_4h。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於，包括下述步驟: 步驟一 將氯離子的濃度大於100mg/L的溼法煉鋅溶液泵入到反應釜中，開啟攪拌，調整溶液pH值至≤1，並升溫至溶液的溫度為25-95°C ； 步驟二 以溼法煉鋅溶液中氯離子完全氧化成氯氣所需氧化劑的量為理論用量，按氧化劑理論用量的1-1.5倍，將氧化劑加入反應釜中，使反應釜內壓力維持在< 80Kpa，攪拌反應l-4h，得到脫氯的溼法煉鋅溶液，收集反應產生的氣體。
8.根據權利要求7所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於:氯的脫除率≥90%。
9.根據權利要求7所述的一種從溼法煉鋅溶液中脫除氯離子的方法，其特徵在於，脫氯反應生成的氯氣作為副產品回收。
【文檔編號】C01B7/01GK103952553SQ201410200971
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】李玉虎, 劉志宏, 李啟厚, 劉智勇, 劉付朋, 譚青, 諶偉 申請人:中南大學