[发明专利]从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及从硫酸盐溶液中电解提取锌的方法和设备。

背景技术

已知各种方法和设备用于获得电解的锌，其产量的90%通过水电冶金实现。在常规电解浴中，通过约400至600А/m²的电流密度、约1.0至1.6m²的阴极面积并在24小时内从阴极片手动剥离锌阴极进行该过程。该方向的新型技术（其应用始于约25年前）为所谓的大型浴（Jumbo bath）和面积为约2.60至3.40m²的电极，每个浴装有约80至120个阴极。此技术现在被用于现代电解锌厂，通过各种设备在每48小时内以约3100至3500kWh/t的能量消耗机械地完成锌剥离。

不考虑生产率的相对增加，所有已知的过程和装置的缺点在于电解提取金属的效力的主要因素，即电力消耗。电力消耗占锌提取的总加工成本的约70%，加之用于电极管理、电解液冷却、人工成本、消耗品等的成本。

发明内容

根据本发明的方法和设备或用于电解提取锌的新技术和器材的实质在于产生被视为一种反应器的新一代电解槽。这受过程支配，所述过程为电势、氧化还原行为和水-空气动力环境的复杂函数，其中浴（反应器）有条件地分别分成上对称区域和下对称区域，以及左对称区域和右对称区域。此设计和过程分别符合电极电势、生产率、电极构造、阴极和阳极的固定和定位、它们的形成和加工、电解液循环体系和其他因素。

此外，分离的气体（阳极上的氧气和阴极上的氢气）产生独特的“流体床”，并且有助于电解液在电极之间由下至上以及除此之外由上至下移动。另外，在约1.5至2.0个大气压的压力下加料新鲜溶液、新鲜溶液通过溢流口作为废溶液引出以及阳极固定设备对溶液的移动具有有利影响（图2，[a][b]）。

原则上，电解槽可以沿纵向通过两个浴形成，所述两个浴通过溢流口连接并通过常规循环线加料，使得循环速度加倍，并有可能设置额外的阴极和阳极（图5，[a][b]）。

根据本发明的新一代电解提取锌的方法和设备的目的在于，在维持高生产率的同时，在用于建设、机械、器材和安装（设计）的相当的投资成本下，通过总体上减少约20至30%的能量成本和其他相关加工成本而增加过程效率。

相比于目前存在的电解浴和电极，通过引入电解浴和装入电解浴的电极的各自的新设计实现上述目的。

本发明的特征在于，在相对地维持实践可接受的电解槽宽度和长度的同时，使其高度加倍，即所述上区域和下区域已经形成（图1）。这使得电极的有效面积增加，对于一个阴极最小为3.5m²且最大为约10m²；这种变化符合所述过程的特征，其参数等，“电解液的分散能力”。以此方式，所用的高达500A/m²的电流密度可以减少至250至300A/m²，导致电极电势、能量消耗分别减少，而不影响48至96小时的周期性沉积时间下的高性能。这种浴和电极构造的变化决定了其他参数的变化，如附图中所示。

图1显示所述设备的整体外观，图2[a]显示其投影，表示浴-反应器5，所述浴-反应器5配备有电源母线6、用于添加电解液的管线1，装有过程所必须的阴极3和阳极4。以约1.5至2个大气压的压力通过管线1添加过程溶液并通过母线6供电从而实现电解提取。电解液通过在所述浴的上端和中间的两个管1通过重力进入所述浴（图2a），并通过沿着反应器的整个宽度的溢流口2在另一端离开反应器（图2b）。馈电电流分布在电极（阴极3（图2）和阳极4（图2））之间，并且通过约250至500А/m²的电流密度进行电解提取过程。所述电解液的温度在所述浴的入口处为约25至30℃，在出口处为约36至38℃；硫酸含量为约120至200g/l。电解液循环速度维持在约1.5至3个浴体积/小时，所述电极之间的距离为80至86mm。

使用的阳极4（图3a和图3b）由含有约0.5至1.0%的Ag的铅制得（轧制压铸），并且由两个对称的片、用于在所述浴中支撑并传导电流的铜棒7和用于固定的塑料条8形成（线速度约0.15至0.30m/min）。

图4显示所述塑料条的两个投影。所述条沿着所述阳极的两端固定，并帮助所述阳极在所述浴中准确定位。此外，所述阳极以这样的方式形成：由于其竖直加筋表面，其有效面积随着高度而增加（图3b）；所述阳极为约12至18mm厚。