DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2003.03.048
制取活性锌粉的Zn (Ⅱ) -NH3 ·H2 O- (NH4 ) 2 SO4 体系电解法
赵廷凯 唐谟堂 梁晶
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室
中南大学冶金科学与工程学院
白银有色金属（集团）有限责任公司 西安710049
长沙410083
白银730900
摘 要：
研究了在Zn (Ⅱ ) NH3 ·H2 O (NH4 ) 2 SO4 体系中电解制取活性锌粉新工艺。结果表明 :在常温下 , 电流效率高达 88.19%, 每吨产品能耗为 32 5 4.37kW·h , 其产品质量符合GB6 890 86标准 ;活性锌粉杂质含量低 , 锌含量≥ 98.78%, 有效锌含量≥ 96 %, 锌的总回收率为 97.97%。该法与以金属锌为原料的蒸馏法、雾化法相比较 , 成本大幅度降低。
关键词：
Zn (Ⅱ) -NH·HO- (NH) SO ;电解 ;活性锌粉 ;
中图分类号： TF124
收稿日期： 2002-07-08
Preparation of active zinc powder by electrowinning in system of Zn (Ⅱ) -NH3 ·H2 O- (NH4 ) 2 SO4
Abstract：
A new process for preparing active zinc powder by electrowinning in the system of Zn (Ⅱ) -NH 3·H 2O- (NH 4) 2SO 4 was studied. Electrowinning at room temperature has a good result. The current efficiency is about 88.19%, the energy comsuption for per ton zinc is about 3 254.37 kW·h. The active zinc powder contains zinc 98.78% and the impurities included in product are low, meeting with the standard of GB689086. The total recovery of zinc is about 97.97%. This process has the lowest cost compared with the traditional processes.
Keyword：
ammonia-ammonium sulphate; electrowinning; active zinc powder;
Received： 2002-07-08
锌粉是一种重要的工业原材料, 主要用于涂料、 染料、 冶金化工、 电子、 医药及食品工业等方面
[1 ]
。
目前, 生产锌粉的方法有雾化法
[2 ]
、 蒸馏冷凝法
[3 ]
和电解法
[4 ]
。 雾化法生产过程简单、 便于操作、 成本较低、 生产率高, 但锌粉粒度较大, 通常为数十微米, 所产锌粉只能适用于一般用途; 蒸馏冷凝法生产的锌粉呈球状, 活性较好, 但工艺对原料要求较高; 电解法生产锌粉的主要特点是: 原料来源广泛, 可以使用各种含锌物料, 如各类锌渣、 热镀锌、 锌焙砂、 氧化矿和挥发窑尘等, 生产的锌粉呈树枝状, 比表面积大, 活性好, 在应用中还原效果好, 可减少锌粉的用量并且生产成本低。 因此, 电解法是一种很有发展前途的锌粉生产方法。 目前, 用电解法生产锌粉的厂家很少, 有关报道相对较少, 基本处于实验室或半工业试验之中。 在我国, 北京矿冶研究总院已对该法进行了一定的研究; 在国外, 美国有相关的研究报道。
本文作者主要研究了在Zn (Ⅱ) -NH3 ·H2 O- (NH4 ) 2 SO4 体系中电解制取活性锌粉的新工艺 (简称AAS法) 。
1 原料与工艺流程
研究用试液是湿法炼锌净化钴渣后所得的除钴后液, 其成分见表1。 这种电解液成分组成单一, 杂质很低, 符合电积要求。
表1 电解液成分
Table 1 Chemical composition of electrolyte (g·L-1 )
Cu
Cd
Co
0.001 6
<0.003
<0.000 8
Pb
As
Sb
<0.18
<0.000 1
<0.000 1
AAS法制取活性锌粉的工艺流程如图1所示
[5 ]
。
图1 由湿法炼锌净化钴渣后液制取活性锌粉的AAS法原则工艺流程
Fig.1 Principle flow-sheet of AAS processfor treating purified cobalt-residueto produce active zinc powder
2 基本原理与方法
在Zn (Ⅱ) -NH3 ·H2 O- (NH4 ) 2 SO4 体系中电解的阴极反应为
[6 ]
[Zn (NH3 ) i 2+ +2e=
Zn (powder) +i NH3 (aq) (1)
2H+ +2e=H2 (2)
阳极反应为
2OH- -2e=H2 O+1/2O2 (3)
总反应为
[Zn (NH3 ) i 2+ +2OH- =
Zn (powder) +i NH3 (aq) +H2 O+1/2O2 (4)
在江培海等
[7 ]
、 邓良勋等
[8 ]
和杨声海
[9 ]
的研究基础上, 固定条件为: ①温度为自然温度, ②阴极材料为纯铝板, 阳极材料为铅-锑合金, 其中锑占10%左右, ③异极距60 mm, 重点考察电流密度、 电解液中锌浓度对电解制锌粉的影响。
试料量为条件试验500 mL/次, 综合试验2 000 mL/次。
3 实验结果
在温度为常温, 阴极有效面积为50 cm2 的固定条件下, 考察了锌浓度、 电流密度对电解过程的影响。
3.1锌浓度对电流效率的影响
在常温下, 固定电流密度为600 A/m2 时锌的质量浓度对电解过程的影响情况如图2和3所示。
由图2和图3可以看出: 锌浓度对电流效率的影响较明显, 随着锌浓度的增加电流效率开始上升, 当锌质量浓度达到20 g/L时, 电流效率最高, 然后随锌浓度的升高电流效率下降; 相应的锌浓度对槽电压的影响不太明显。 综合考虑选取锌质量浓度最佳值为20 g/L。
图2 锌质量浓度对电流效率的影响
Fig.2 Effect of zinc mass concentrationon current efficiency
图3 锌质量浓度对槽电压的影响
Fig.3 Effect of zinc mass concentrationon cell voltage
3.2电流密度对电流效率的影响
在常温下, 固定锌质量浓度为15 g/L, 考察电流密度对电流效率和槽电压的影响, 实验结果如图4和5所示。
由图4和5可以看出: 电流密度对电流效率的影响较明显, 随着电流密度的增加电流效率开始上升, 达到800 A/m2 附近时, 电流效率达到最高值, 随后略有下降; 对槽电压的影响也较明显, 随电流密度的增加槽电压增加。 综合考虑选取电流密度最佳值为800 A/m2 。
3.3 电解最佳条件
图4 电流密度对电流效率的影响
Fig.4 Effect of current density oncurrent efficiency
图5 电流密度对槽电压的影响
Fig.5 Effect of current density on cell voltage
在温度为常温, 锌起始质量浓度为20 g/L, 电解液体积2 000 mL, 电流密度800 A/m2 的最佳条件下, 进行了电解实验, 实验结果见表2, 3。
从表2和3可以看出, 电解实验获得较好效果, 得到质量优于1级的锌粉。
表2 电解综合试验各项指标
Table 2 Results of comprehensivetests of electrolysis
Index
ρ (Zn2+ ) /-1 ) Volume of waste
Electrolytic
Current
14.66
1.995
1.2
88.19
Cell
Energy consumption for
Recovery rate
3.5
3 254.37
97.97
表3 电解锌粉质量及其国家标准
Table 3 Quality and national standardof zinc powders (%)
Zn
Pb
Fe
Cd
98.78
0.16
0.007
0.002
98.00
<0.20
<0.200
<0.200
Cu
Co
Undissolved substance
0.001 4
0.000 1
-
<0.200 0
<0.200 0
<0.2
4 结论
1) 在氨性体系中电解制取锌粉电流效率较高, 达88.19%, 每吨产品能耗为3 254.37 kW·h。
2) 产品锌粉的结构呈树枝状或片状, 含锌为98.78%, 杂质含量低, 其化学成分已达到或超过GB6890-86标准中的1# 标准, 也达ISO3459-1976国际标准; 与以金属锌为原料的蒸馏法、 雾化法相比较, 其成本大幅度降低, 具有广阔的应用前景。
参考文献
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