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湿法炼锌工艺的硫酸锌电解液的净化除钴离子(Co2+)一直是工业难题。如果能够将钴离子浓度([Co2+])深度净化到0.1 mg/L,则其它杂质都能达到相应的深度净化水平。目前除钴工序存在很多问题,如锌粉消耗量多(200倍钴当量)、锌粉利用率低(仅10%左右)、净化渣难处理、能耗高等。且因为除钴不完全,导致后续电解积锌操作被迫提前中断、电流效率低和电积锌质量差,使生成的电积锌板厚度低(低于3 mm),只能采用人工剥锌。随着湿法炼锌工业的发展,国外的先进工艺已采用机械化剥锌,可以显著降低劳动强度和提高劳动生产率。因而,为了提高我国的湿法炼锌生产效率,必须设法将Co2+净化达到深度净化的水平。
目前除钴主要采用的方法是锑盐除钴法。影响除钴效果的影响因素有很多,主要有:温度、锌粉用量及组成、初始铜离子浓度([Cu2+]0)、氧气、搅拌等。本文首先通过单因素法研究了这几个因素对除钴的影响,再通过正交实验重点考察了锑离子、[Cu2+]0、温度和搅拌转速,确定了以Cu2+为深度净化除钴研究核心。
本文对铜离子(Cu2+)在除钴中的影响进行了深入研究,考察了[Co2+]达到深度净化浓度的时间、低于深度净化浓度的持续时间以及达到深度净化要求的[Cu2+]0等因素。综合衡量除钴效果,得到最优的实验条件:初始钴离子浓度([Co2+]0)15 mg/L时,钴锑质量比(Co/Sb)=2:1,[Cu2+]0200 mg/L,达到深度净化浓度的时间和保持该浓度的时间分别是25和70 min;[Co2+]0为7.5 mg/L时,Co/Sb=2:1,[Cu2+]0100mg/L,达到深度净化浓度的时间和保持该浓度的时间分别是40和55 min。
最后对转速和反应器结构影响除钴的效果进行了研究,将500 mL反应体积得到的实验结果在4 L的反应器中进行验证,并利用SEM和能谱分析净化渣表面形态和组成,表明放大后仍可以取得较好除钴效果,转速对除钴的影响不大,但是高转速有利于返溶,推断返溶的原因可能是沉积的碱式钴盐溶解。同时采用1/2挡板有利于除钴的高效进行和降低能耗。