硫化锌（精）矿悬浮电解生产金属锌工艺研究

论文摘要

锌有较好的抗腐蚀性能和合金性能，具有广泛的工业用途，表现出良好的市场需求和市场价格。我国锌冶金发展迅速，已经发展成为全球最大的锌生产国，但现有的锌冶金生产工艺中火法冶金存在能耗大，污染严重，逐渐被淘汰，而湿法炼锌是将锌精矿经焙烧-浸出-净化-电积获得金属锌。焙烧过程产出的二氧化硫会污染环境。为了减少锌冶金过程对环境的污染，促进锌冶金的长期健康的发展，研究开发新的锌冶金新工艺具有重要的意义。悬浮电解法是一种锌冶金的新方法，其优点是污染小，能耗低，过程简单。传统的锌悬浮电解工艺中一般采用HCl-MCl2-H2O电解液体系作为悬浮电解液，但该悬浮电解液体系存在设备腐蚀严重，阳极材料选择要求苛刻，不能直接获得金属锌等缺陷。我们研究开发的锌悬浮电解法是在前人研究的基础上采用全新的以硫酸锌溶液为基础的悬浮电解液体系，其优点是可以与现有的锌湿法冶金有机结合起来。研究了硫化锌矿在不同的硫酸盐体系中的溶解，通过阳极氧化极化曲线进行分析，得出当以硫酸锌、硫酸铵和硫酸作为硫化锌（精）矿悬浮电解液时，矿物能够有效地被氧化，氧化速度最快，能满足工业上生产金属锌的要求，并且合适的悬浮电解液组成为：锌90～130g/l，硫酸铵30～50g/l，硫酸30～50g/l，悬浮电解温度40～50℃，阳极氧化电位0.6～0.8V。确定了硫化锌（精）矿悬浮电解时的电解液后，我们又对硫化锌（精）矿在悬浮电解过程氧化特征即矿物氧化时其中各元素的氧化溶出情况进行分析，对阳极氧化进行了动力学研究，对氧化渣进行XRD和SEM分析，以了解其含锌矿物在悬浮电解过程中的氧化规律，还进行了渣中元素硫的回收。通过实验分析得出：硫化锌（精）矿在不同悬浮电解溶液中都能够被氧化，但有较大的差别，在硫酸锌、硫酸铵和硫酸的悬浮电解液中，矿物明显被氧化而溶解进入悬浮液中，氧化速度比较快，锌的氧化溶出率在96h的时间内达到86.73％。硫化锌矿物在不同悬浮电解液中氧化机理是相同的，但氧化的交换电流密度不大，温度升高明显加快电化学的氧化。电化学氧化过程中电子转移数为1，电化学机理为：ZnS=Zn2++S-+eZn2++2S-=ZnS+S0氧化渣中的元素硫采用蒸馏法原理进行处理，元素硫的挥发率很高，超过80％。通过对矿物系统的研究，我们最终得到处理硫化锌（精）矿物的悬浮电解工艺流程，该工艺与传统的锌精矿湿法工艺相比，省去了焙烧工序和烟气制酸工序，产出元素硫，明显减少锌冶金过程的环境污染和降低锌冶金过程的能量消耗，是一个全新的新冶金工艺。本文的创新点是：1)提出了以硫酸锌溶液为基础的悬浮电解液体系；通过对阳极氧化渣进行系统的分析研究，得出了硫化锌（精）矿物的悬浮电解的电解液组成；2)通过阳极氧化电极过程动力学分析得到，电化学氧化过程中电子转移数为1，电化学机理为：ZnS=Zn2++S-+eZn2++2S-=ZnS+S03)提出了工业上利用悬浮电解原理生产金属锌的工艺流程；4)对氧化渣中的元素硫采用蒸馏法原理进行回收。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锌的性质和用途
• 1.1.1 锌的物理化学性质
• 1.1.2 锌的主要化合物
• 1.1.3 锌的用途
• 1.2 锌的资源
• 1.3 锌的生产与市场
• 1.4 锌冶炼概况
• 1.4.1 火法炼锌
• 1.4.1.1 平罐炼锌
• 1.4.1.2 竖罐炼锌
• 1.4.1.3 电炉炼锌
• 1.4.1.4 ISP炼锌
• 1.4.2 锌的湿法炼锌
• 1.4.3 其它炼锌方法
• 1.4.3.1 Sherritt法
• 1.4.3.2 细菌冶金
• 1.4.3.3 固硫还原法
• 1.4.3.4 悬浮电解法
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 悬浮电解原理及发展过程
• 2.1 国内外悬浮电解原理的发展状况
• 2.2 悬浮电解原理
• 2.3 悬浮电解与湿法冶金相比具有特点
• 2.4 硫化锌（精）矿悬浮电解的电解液选择
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验所用矿物的理化性质和试验装置与方法
• 3.1 矿物的物理化学性质
• 3.2 试验研究装置和研究方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 硫化锌（精）矿阳极氧化极化曲线分析
• 4.1 硫化锌（精）矿在工业硫酸锌溶液中的阳极氧化极化曲线
• 4.2 硫化锌（精）矿在硫酸锌溶液中的阳极氧化极化曲线
• 4.3 硫化锌（精）矿在硫酸锌和硫酸溶液中的阳极氧化极化曲线
• 4.4 硫化锌（精）矿在硫酸锌和硫酸铵溶液中的阳极氧化极化曲线
• 4.5 硫化锌（精）矿在硫酸锌、硫酸铵和硫酸溶液中的阳极氧化极化曲线
• 4.6 硫化锌（精）矿粒度等对其阳极氧化的影响
• 4.7 矿浆液固比对阳极氧化的影响
• 4.8 搅拌速率对阳极氧化的影响
• 4.9 本章小结
• 第五章 硫化锌（精）矿悬浮电解阳极氧化分析
• 5.1 硫化锌（精）矿在硫酸锌悬浮液中的阳极氧化过程分析
• 5.2 硫化锌（精）矿在硫酸锌和硫酸铵溶液中的阳极氧化过
• 5.3 硫化锌（精）矿在硫酸锌、硫酸铵和硫酸溶液中的氧化过程分析程分析
• 5.3.1 高铁闪锌矿在硫酸锌、硫酸铵和硫酸悬浮液中的氧化过程
• 5.3.1.1 氧化过程分析
• 5.3.1.2 综合回收的考虑
• 5.3.2 锌矿在硫酸锌、硫酸铵和硫酸悬浮液中的氧化过程分析
• 5.3.3 兰坪闪锌矿在硫酸锌、硫酸铵和硫酸悬浮液中的氧化过程分
• 5.4 悬浮电解处理硫化锌（精）矿的处理工艺
• 5.5 本章小结
• 第六章 硫化锌阳极氧化电极过程动力学
• 6.1 电极过程概述
• 6.1.1 电极过程动力学
• 6.1.2 电极过程热力学
• 6.2 电极过程动力学参数的测定与计算
• 6.2.1 硫酸锌悬浮电解液电化学参数
• 6.2.2 硫酸锌-硫酸溶液悬浮电解液电化学参数
• 6.2.3 硫酸锌-硫酸铵悬浮电解液电化学参数
• 6.2.4 硫酸锌-硫酸铵-硫酸悬浮电解液电化学参数
• 6.3 硫化锌电化学氧化机理分析
• 6.4 结论
• 6.5 本章小结
• 第七章 阳极氧化渣中元素硫的回收
• 7.1 蒸馏法的原理
• 7.2 试验设备及装置
• 7.3 试验结果
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• A:攻读博士学位期间发表的论文
• B:攻读博士学位期间参与的科研项目
• C:攻读博士学位期间参与的科研项目获奖情况