一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法

技术领域

本发明涉及一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，属于锌电积和金属钴回收技术领域。

背景技术

锌是最重要的有色金属之一，在现代工业生产中占有重要地位。由于其低熔点、良好的熔体流动性和高耐腐蚀性的优点，锌合金被用于机械制造，如汽车、航空、电子、仪器、镀锌等。目前，锌的主要生产方法是湿法炼锌，它包括焙烧、浸出、提纯和电积工艺。净化过程对于消除或减少浸出过程中出现的铜、镉和钴等杂质至关重要。杂质钴结合到锌的表面产生微电池，导致锌作为微电池的阳极而溶解。另外锌表面发生析氢，导致沉淀的锌重新溶解，最终导致锌沉积物中形成黑点或孔洞，这会对锌产品的质量产生不利影响，降低电流效率，并增加功耗。因此，在生产高品质锌时，净化工艺至关重要。此外，钴对人类健康构成严重威胁，因为摄入钴会导致神经系统疾病、遗传毒性和癌症。其释放到环境中会导致严重的环境问题。因此，从工业生产、人类健康和环境影响的角度来看，必须从硫酸锌溶液中消除Co

Co

目前，锌粉团聚和包裹在锌粉表面造成的锌粉高消耗是锌粉去除杂质最令人困惑的问题。锌粉利用率低的原因包括：(1)置换产生的钴降低了析氢反应的过电位，同时H

因此，有必要开发一种能够破坏表面包裹层并抑制锌粉团聚的方法，这可以减少锌粉的用量并加速净化过程。

发明内容

针对锌粉从硫酸锌电解液中除钴存在的锌粉团聚和包裹严重、处理成本高、锌粉耗量大、处理周期长、能耗高等问题，本发明提出了一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，即利用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原电负性比锌正的钴离子，并且反应得到的Zn

一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在超声强化条件下置换反应50-70min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液。

所述步骤(1)硫酸锌电解液中钴离子浓度为20～40mg/L，锌离子浓度为120～130g/L。

所述步骤(1)活化剂Cu

所述步骤(2)还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为2-4:500。

所述步骤(2)超声波功率密度为100-300W/L，超声频率为19.63-19.73kHz。

本发明去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的原理：利用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原电负性比锌正的钴离子；以Cu

Co

Co

Co

利用超声的空化与机械两方面效应增加锌粉的传质和置换能力，进而提高矿物的直接反应速率和中间产物氧化过程。超声波可以解离锌粉表面的包裹体，将未反应的锌粉暴露到硫酸锌溶液中，使锌粉和钴离子充分反应。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用锌粉作为还原剂，Cu

(2)本发明利用超声处理溶液时产生的机械效应和空化效应。空化气泡在破碎过程中，由可溶金属层组成的反应区也会破碎，产生声流效应，扰动原有的稳态扩散，从而提高钴离子的去除率；超声波产生的微射流使锌粉表面包裹层脱落，声空化为置换反应提供特殊的局部高温高压的物流环境，从而提高钴离子的去除速率；机械效应产生机械搅动的效果，促进固-液两相接触，有利于界面化学反应，提高钴离子去除效率；

(3)本发明以锌粉为还原剂，不带入杂质，反应生成的Zn

附图说明

图1为实施例1净化渣粒度分布图；

图2为实施例1净化渣SEM图。

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1：一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在温度为60℃、搅拌速率350rpm条件下超声强化置换反应50min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液，其中还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为2:500，超声波功率密度为100W/L，超声频率为19.63kHz；

净化渣干燥、研磨，测定净化渣成分和粒度，检测硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度；

以不加超声且其余条件与本实施例一致为对比例，本实施例和对比例净化渣粒度分布图见图1，净化渣SEM图见图2，从图1和图2可知，超声波显著地将矿渣颗粒粉碎成不规则分布的细颗粒。常规实验下的净化渣具有较大的颗粒尺寸，表明在常规实验中锌粉有更多的团聚。使用马尔文粒度分析仪进一步测定净化渣的粒度分布；锌粉的粒度主要在14-32μm的范围内，平均直径(da)为116.98μm。在常规实验中，由于锌粉的夹杂物和结块，净化渣的粒度主要在0.28-252μm范围内，平均直径为136.22μm。超声波的机械作用显著降低了矿渣的粒度，超声波实验下净化矿渣的平均直径19.81μm。这一结果表明，包裹的炉渣被揉捏，从而显著提高了锌粉的利用率；

本实施例净化渣由Zn、Co、Cu和Sb组成，硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度为0.78mg/L，钴离子的去除率为96.1％。

实施例2：一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在温度为65℃、搅拌速率350rpm条件下超声强化置换反应55min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液，其中还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为2:500，超声波功率密度为150W/L，超声频率为19.65kHz；

净化渣干燥、研磨，测定净化渣成分和粒度，检测硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度；

本实施例净化渣由Zn、Co、Cu和Sb组成，硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度为0.55mg/L，钴离子的去除率为97.8％。

实施例3：一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在温度为70℃、搅拌速率400rpm条件下超声强化置换反应60min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液，其中还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为3:500，超声波功率密度为200W/L，超声频率为19.67kHz；

净化渣干燥、研磨，测定净化渣成分和粒度，检测硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度；

本实施例净化渣由Zn、Co、Cu和Sb组成，硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度为0.36mg/L，钴离子的去除率为98.8％。

实施例4：一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在温度为75℃、搅拌速率300rpm条件下超声强化置换反应60min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液，其中还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为3.5:500，超声波功率密度为250W/L，超声频率为19.69kHz；

净化渣干燥、研磨，测定净化渣成分和粒度，检测硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度；

本实施例净化渣由Zn、Co、Cu和Sb组成，硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度为0.48mg/L，钴离子的去除率为97.6％。

实施例5：一种去除硫酸锌电解液中杂质钴离子的方法，具体步骤如下：

(1)将活化剂Cu

(2)将还原剂锌粉加入到硫酸锌电解液中，在温度为80℃、搅拌速率400rpm条件下超声强化置换反应70min，固液分离得到净化渣和硫酸锌净化液，其中还原剂锌粉与硫酸锌电解液的固液比g:mL为4:500，超声波功率密度为300W/L，超声频率为19.71kHz；

净化渣干燥、研磨，测定净化渣成分和粒度，检测硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度；

本实施例净化渣由Zn、Co、Cu和Sb组成，硫酸锌净化液中剩余钴离子浓度为1.24mg/L，钴离子的去除率为96.9％。

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做出各种变化。