[发明专利]元素硫歧化电解制氢、铜、铅、锌、酸、氯碱的方法

说明书

技术领域

本发明属于湿法冶金技术领域。尤其是与电解水、氯碱、有色金属电解、硫化矿及工业有害气体H₂S、SO₂的综合利用，以及铜铅锌废旧金属的回收再生等生产方法有关。

背景技术

公知的氯碱、有色金属硫化矿的火法冶金与湿法冶金、硫铁矿制酸等属于高投资、高消耗、高污染行业，铜、铝、锌废旧有色金属的回收火法冶金又造成二次污染和能源消耗。面对全球的能源供应危机和与此相伴而行的全球环境日益恶化，各国都承受着能源危机和节能减排的压力，努力寻求可替代石化资源的新能源、可再生能源。公知的氢是最清洁的，可再生的燃料，氢在现代工业生产中具有广泛的用途，特别是在化肥、石油化工、煤化工、食品加工、塑料工业、有机合成、冶金等行业中用量相当大。在目前国际市场每年的氢气用量仅仅相当于交通能源消耗量的15％，若以氢代替石油制品作为交通能源，实现氢能汽车、氢能火车、氢能飞机以及氢能发电，则氢气的生产规模必将大大地扩展。当前国际市场上氢的用量是很大的，而且以每年大于8％的速度增长。但是，目前绝大部分的氢是从化石燃料(煤、石油、天然气)生产的，这样的生产方法在未来的氢经济体系中不再适用，因为氢经济立足于氢的可再生性，生产氢的原料必须是水或其他可再生物质。电解水制氢是一种比较成熟的传统制氢技术，但目前采用该方法制得的氢气只占氢气总量的1％～4％，这是由于在制氢成本中，电费占了很大比例，目前还无法同石化燃料制氢的成本竞争，但电解水制氢是真正的再生氢。随着世界能源消耗量的急剧增长，使得石油资源枯竭之日日渐迫近，无需等到枯竭之日到来，替代能源必将出现，因为石油价格将随资源量的迫近枯竭不断升高，必然到达其他行业无法承受的程度，解决替代能源的途径不是惟一的。问题在于何种替代能源能够尽快地达到适应当前市场需求的技术成熟程度。氢作为发动机的燃料，不存在技术障碍，关键是在交通工具上如何储存以及再生氢的生产。目前世界上尽管有很多水电解制氢和储氢的研究和报导，并有许多专利，再生氢生产技术不能适应市场要求，氢在交通工具上的储存，若以商业化标准衡量，至今也还没有一种满意的解决方法。

水的理论电解电压是1.23V，但实际上，由于氧和氢生成反应过程中的过电位、电解液电阻及其他电阻因素，实际需要的电压比理论值要高，在1.65V～2.2V之间，在标准状态下，电解水的能耗为4.2～4.7KW·h·m^-3，电解效率为60％～80％。尽管先进的高分子固体电解质SPE电解工艺的能耗可以降低到标准状态下的3.0kw·h·m^-3，但将该技术运用于大规模的工业生产还需要时间。H₂S间接电解制氢是国外20世纪80年代开发的针对石油工业中产生的有害气体，采用了强酸性的含高铁吸收液氧化H₂S脱硫方法，在吸收液再生过程中，以电解代替吹氧(空气)再生过程，提高了再生速度，同时又得到高纯氢，提高了硫化氢资源的利用率。近来也有关于微波等离子体方法分解H₂S制氢的报道。在热化学循环分解水制氢的许多例子中，采用亚硫酸电解法制氢的理论分解电压0.17V，可降低电压1V以上，生成的硫酸，利用热能进行高温分解，再转变成亚硫酸。从逻辑上讲，单纯的H₂S间接电解法制氢与亚硫酸电解法制氢不能算再生氢，如果硫的电解产物经热化学循环再生H₂S和SO₂，那么氢是可再生氢，元素硫也就是名符其实的可再生能源，科学的利用可揭掉H₂S、SO₂破坏生态环境的标签，贴上可有效分解水制氢的辅助新能源。

发明内容

本发明的目的是提供一种元素硫歧化电解制氢、铜、铅、锌、酸、氯碱的方法，该方法是以再生氢为主题，元素硫歧化为基础，消化转移所分解水中的氧制酸碱盐为重点，以碱循环分解金属硫化矿的湿法冶金与电解制氢再生碱回收硫，节能降耗为制氢增效，形成以硫循环转化为核心的电解与热化学循环相结合的氢经济。

为实现本发明的目的采用了如下技术方案。