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编辑：中冶有色技术网
来源：昆明理工大学
权利要求
1.超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于，具体步骤如下： 采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至3.5～4.8，加热升温并维持温度为70～85℃，在搅拌条件下，加入活化剂、金属锰粉和惰性磨料并在超声条件下除钴反应40～60min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到钴净化渣和惰性磨料。2.根据权利要求1所述超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于：含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为135～150g/L，Co 2+浓度为30～50mg/L。 3.根据权利要求1所述超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于：活化剂为Cu 2+离子和Sb 2O 3，Cu 2+离子的加入量为20～50mg/L，Sb 2O 3的加入量为2～4mg/L。 4.根据权利要求1所述超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于：惰性磨料为Al 2O 3，惰性磨料与金属锰粉质量比为(1～4):1。 5.根据权利要求1所述超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于：金属锰粉的加入量为Co置换理论值的35～55倍。 6.根据权利要求1所述超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，其特征在于：超声功率为80～150w。
说明书
超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法
技术领域
本发明涉及超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，属于湿法冶金技术领域。
背景技术
在湿法炼锌浸出过程中，钴是一种对湿法炼锌工艺极其有害的杂质元素和最难去除的杂质，其浓度超过一定量时，会导致电锌质量下降、电流效率较低，甚至会发生烧板现象。因此，湿法炼锌工艺对系统中钴浓度有极其严格要求，通常要求钴浓度小于0.6mg/L。另一方面，随着大极板电解作业和机械剥锌等技术的应用，对硫酸锌溶液的质量要求更高，迫切需要深度脱除硫酸锌溶液中的钴杂质。
目前，从硫酸锌净化除钴的方法大体分为有机沉淀法、氧化沉淀法和锌粉置换法三大类，其中以锌粉置换法最为成熟和应用最广泛。然而，单一的锌粉置换除钴效果并不理想，即使用几百倍当量的锌粉也难以达到效果。所以工业生产上往往在硫酸锌溶液中加入硫酸铜、砷盐、锑盐等活化剂除钴，降低Co超电压，促进Co的净化。添加砷盐法由于会产生剧毒的AsH 3气体，所以湿法炼锌企业一般采用添加锑盐法。然而即使在添加剂锑盐及铜离子作用下，该工艺仍然存在锌粉需要理论量的100～300倍、锌粉消耗量大、工艺指标稳定性差、除钴深度差、钴易复溶、净化渣含钴低等不足。究其原因：①钴属于元素周期表上第八族铁系元素，从溶液中析出的超电位较大。钴与锌形成电位更正的合金，降低置换反应的热力学推动力；②锌粉置换净化除杂过程，锌粉被置换产物包裹严重、易团聚、置换反应速度慢。
金属锰的标准电极电位(-1.18V)比锌的电极电位(-0.76V)低，用锰作为还原剂，一方面可以增加被置换金属与还原剂间的热力学推动力，加快反应过程。另一方面，随着锌电积生产过程的进行，硫酸锌溶液中的Mn 2+会发生贫化而导致阳极寿命缩短和增加析出锌中铅含量。净化过程中金属锰作为硫酸锌溶液中钴的还原剂，在除铜镉的同时又起向溶液中补入Mn 2+的作用。用Zn-Mn-Mg-Al-Pb合金粉和金属锰粉净化硫酸锌溶液剂，此两法有一定效果，但锰合金制备工艺复杂且净化剂消耗量大，未能解决置换产物层包覆问题。
发明内容
本发明针对现有技术下硫酸锌净化除钴的问题，提供一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，在超声波作用下，以金属锰粉为净化剂、Al 2O 3为惰性磨料、锑盐和Cu 2+为活化剂，在特定温度和pH值下，金属锰粉加入待净化的硫酸锌溶液，开启搅拌使锰粉悬浮置换钴，实现硫酸锌溶液深度净化，并产出钴含量高的净化渣。
一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至3.5～4.8，加热升温并维持温度为70～85℃，在搅拌条件下，加入活化剂、金属锰粉和惰性磨料并在超声条件下除钴反应40～60min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到钴净化渣和惰性磨料；
所述含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为135～150g/L，Co 2+浓度为30～50mg/L；
所述活化剂为Cu 2+离子和Sb 2O 3，Cu 2+离子的加入量为20～50mg/L，Sb 2O 3的加入量为2～4mg/L；
所述搅拌速率为300～500rpm；
所述惰性磨料为Al 2O 3，惰性磨料与金属锰粉质量比为(1～4):1；优选的，惰性磨料的粒度为20～50目；
所述金属锰粉的加入量为Co置换理论值的35～55倍；
所述超声功率为80～150w，超声波功率不宜过大，超声时间不宜过长，否则容易导致净化渣中的Co反溶，造成硫酸锌净化液中Co杂质浓度偏高；
所述除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度小于0.6mg/L，Mn 2+浓度为1～8g/L。
超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的原理：超声波的热效应、机械效应及空化效应为硫酸锌溶液的净化除钴过程提供特定环境，可加快溶液中的离子传质，防止锌粉团聚及包裹；活化剂Sb 2O 3等可以使锑与钻形成金属间化合物，从而提高了锰粉置换除钻的热力学推动力；惰性磨料在搅拌过程中与置换剂产生摩擦和磨蚀，及时带走锰粉表面的钴产物，防止锰粉团聚及包裹，使锰粉在除杂反应中保持活性，从而实现降低锰粉用量、加速净化速度以及深度净化的目的；当同时施加超声波、活化剂和惰性磨料时，既可以增加锰粉置换除钴的热力学推动力，也可以破坏置换还原剂锰粉表面包覆的产物层，使锰粉得到充分利用，实现深度除钴，同时也能降低还原剂的使用量以及提高净化渣中钴的品位。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法具有反应速度快、还原剂用量少，容易实现硫酸锌溶液深度净化、净化渣中钴品位高、不引入危害锌电积的杂质、磨料易分离回收及多次利用、工艺过程简单等特点；
(2)本发明采用的金属锰粉还原电势高、活性强、对除钴净化效率高、用量少、成本低。同时可为硫酸锌电解液补充锰离子及保护阳极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至4.8，加热升温并维持温度为70℃，在搅拌速率为500rpm条件下，加入活化剂(Cu 2+和Sb 2O 3)、金属锰粉和惰性磨料(Al 2O 3)并在超声功率为80W条件下除钴反应50min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到Co含量为4.87％的钴净化渣和惰性磨料；其中含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为140.5g/L，Co 2+浓度为50mg/L；Cu 2+离子的加入量为30mg/L，Sb 2O 3的加入量为3mg/L；惰性磨料的粒度为20～50目，惰性磨料与金属锰粉质量比为2:1；金属锰粉的粒度小于100目，纯度为99.7％，金属锰粉的加入量为Co置换理论值的30倍；
本实施例除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度为0.56mg/L，Mn 2+浓度为1.31g/L，钴的脱除率为98.88％。
实施例2：一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至4.5，加热升温并维持温度为75℃，在搅拌速率为450rpm条件下，加入活化剂(Cu 2+和Sb 2O 3)、金属锰粉和惰性磨料(Al 2O 3)并在超声功率为100W条件下除钴反应50min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到Co含量为4.97％的钴净化渣和惰性磨料；其中含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为140.5g/L，Co 2+浓度为50mg/L；Cu 2+离子的加入量为30mg/L，Sb 2O 3的加入量为3mg/L；惰性磨料的粒度为20～50目，惰性磨料与金属锰粉质量比为2:1；金属锰粉的粒度小于100目，纯度为99.7％，金属锰粉的加入量为Co置换理论值的45倍；
本实施例除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度为0.17mg/L，Mn 2+浓度为2.03g/L，钴的脱除率为98.88％。
实施例3：一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至4.5，加热升温并维持温度为80℃，在搅拌速率为500rpm条件下，加入活化剂(Cu 2+和Sb 2O 3)、金属锰粉和惰性磨料(Al 2O 3)并在超声功率为80W条件下除钴反应50min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到Co含量为4.02％的钴净化渣和惰性磨料；其中含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为142.5g/L，Co 2+浓度为40mg/L；Cu 2+离子的加入量为25mg/L，Sb 2O 3的加入量为3mg/L；惰性磨料的粒度为20～50目，惰性磨料与金属锰粉质量比为1.5:1；金属锰粉的粒度小于100目，纯度为99.85％，金属锰粉的加入量为Co置换理论值的40倍；
本实施例除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度为0.31mg/L，Mn 2+浓度为1.42g/L，钴的脱除率为99.22％。
实施例4：一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至4.0，加热升温并维持温度为85℃，在搅拌速率为500rpm条件下，加入活化剂(Cu 2+和Sb 2O 3)、金属锰粉和惰性磨料(Al 2O 3)并在超声功率为120W条件下除钴反应40min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到Co含量为4.13％的钴净化渣和惰性磨料；其中含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为142.5g/L，Co 2+浓度为40mg/L，Cu 2+离子的加入量为25mg/L，Sb 2O 3的加入量为3mg/L；惰性磨料的粒度为20～50目，惰性磨料与金属锰粉质量比为2:1；金属锰粉的粒度小于100目，纯度为99.8％，金属锰粉的加入量为Co置换理论值的50倍；
本实施例除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度为0.22mg/L，Mn 2+浓度为1.75g/L，钴的脱除率为99.45％。
实施例5：一种超声波联合惰性湿磨强化湿法炼锌深度净化除钴的方法，具体步骤如下：
采用硫酸将含有Co 2+的硫酸锌溶液的pH值调节至4.5，加热升温并维持温度为85℃，在搅拌速率为400rpm条件下，加入活化剂(Cu 2+和Sb 2O 3)、金属锰粉和惰性磨料(Al 2O 3)并在超声功率为150W条件下除钴反应50min，固液分离得到除钴硫酸锌溶液和固体，固体经相分离得到Co含量为4.63％的钴净化渣和惰性磨料；其中含有Co 2+的硫酸锌溶液中Zn 2+浓度为142.5g/L；Co 2+浓度为50mg/L，Cu 2+离子的加入量为35mg/L，Sb 2O 3的加入量为3mg/L；惰性磨料的粒度为20～50目，惰性磨料与金属锰粉质量比为2:1；金属锰粉的粒度小于100目，纯度为99.9％，金属锰粉的加入量为Co置换理论值的47倍；
本实施例除钴硫酸锌溶液中Co 2+浓度为0.45mg/L，Mn 2+浓度为2.09g/L，钴的脱除率为99.10％。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
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2024年08月07日 ~ 09日 
