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锌是重要的基体金属之一,广泛地用于表面处理、五金加工、电池、冶炼、化工和纺织等工业领域,在国民经济中占有重要的经济地位。随着锌资源的需求量不断的升高和锌矿资源已经面临枯竭,原生金属锌已满足不了市场需求;而且随环保法规的逐渐完善,原生锌矿生产过程中产生的各种废渣、废料的排放也受到的严格的控制,因此,锌资源的再生已经受到越来越广泛的关注。
对锌资源再生的工艺而言,湿法冶金工艺相比较火法冶炼能耗更低,投资更小,因而成为研究的主要方向。而在湿法冶炼工艺中,与传统的硫酸体系(ZnSO4-H2SO4)相比,氨.氯化铵体系(Zn(II)-NH3-NH4Cl)显示出了很强的优势,受到了越来越多的关注。
本论文以Zn(II)-NH3-NH4Cl体系作为电解液体系进行熔铸锌渣作的电解回收研究。首先,通过电化学测试方法,研究探讨了Zn(II)-NH3-NH4Cl体系作为该工艺的电解液体系的可行性,通过小试试验研究了电解液组成、电流密度、电解液温度等因素对电流效率和电能消耗的影响。并在初步定下的最佳条件下进行扩大化和连续化实验,总结和讨论该项目的经济和技术指标。研究结果表明:锌阳极在Zn(II)-NH3-NH4Cl体系中主要发生活性溶解,锌溶解的表观活化能为14.46 kJ/mol,交换电流密度为1.48×104 A/c㎡;对阴极过程而言,锌离子电沉积的表观活化能为24.40 kJ/mol;电解液体系中氯化铵浓度的增加对阴极极化影响甚微;而氨浓度的增加则大大增强了阴极极化作用。锌渣电解的小试实验中,电解液中锌离子浓度增加可以有效的抑制锌渣阳极的化学溶解,提高锌渣的直收率。电解液温度的升高可以大大降低电能的消耗,但当温度超过50℃时,体系中氨的挥发损失加大,而且恶化的了工作环境,因此,电解液的温度应控制在35-40℃左右。锌电沉积的阴极电流效率几乎都高达99%,平均电能消耗为960 kWh/t Zn,锌的直收率在80%左右。为了提高总的锌的回收率,本论文有结合不溶性阳极电解工艺进行进了扩大化和连续化试验,最终,锌的总回收率可达95%。
总之,本文以Zn(Ⅱ)-NH3-NH4Cl体系作为电解液,采用锌渣可溶性阳极电解为主,结合不溶性阳极电解工艺进行熔铸锌渣的回收实验,得到了高纯度的阴极锌产品,整个工艺流程短,操作简单,能耗低,锌的回收率高,显示了较高的经济效益,而且,整个工艺中电解液得到了循环利用,不会对环境造成污染。