【摘 要】
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锌电积过程是湿法炼锌最重要的工序,占锌生产总能耗约80%,近年来国家大力提倡节能降耗,对改善电积工序达能耗降低提出新要求。随着高品位锌矿储量逐渐枯竭,多种多样的杂质离子及添加剂进入硫酸锌浸出液中,如浸出过程带入的单宁酸、氟离子、氯离子等对锌电积过程节能降耗及锌品质产生不利的影响。因此,本论文通过电化学分析、锌电积实验及中试验证、阴极腐蚀实验、锌成核规律等系列手段,系统研究了单宁酸(40-120 m
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锌电积过程是湿法炼锌最重要的工序,占锌生产总能耗约80%,近年来国家大力提倡节能降耗,对改善电积工序达能耗降低提出新要求。随着高品位锌矿储量逐渐枯竭,多种多样的杂质离子及添加剂进入硫酸锌浸出液中,如浸出过程带入的单宁酸、氟离子、氯离子等对锌电积过程节能降耗及锌品质产生不利的影响。因此,本论文通过电化学分析、锌电积实验及中试验证、阴极腐蚀实验、锌成核规律等系列手段,系统研究了单宁酸(40-120 mg/L)、氯离子(0-1000 mg/L)及氟离子(0-400 mg/L)等浓度对锌电积阴极动力学及锌产品质量的影响,并进一步研究添加剂明胶(0-10 mg/L)在电积溶液体系的影响规律及降解,初步探索了用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂去除浸出液中的单宁酸的去除机理。通过上述研究取得的主要结论如下:(1)随着明胶浓度增加成核过电位(NOP)值逐渐增大,阴极的极化程度增强,阻碍了电沉积界面的成核位点;明胶浓度0 mg/L时,500 A/m2下析氢过电位为0.923 V,10 mg/L时500 A/m2下析氢过电位为1.104 V,抑制了氢的析出;添加明胶后阴极锌表面气孔数量减少,生成的晶粒细化、结晶平整致密,有较好的金属光泽,但过量的明胶也会使电积锌发脆、硬、出现条纹状裂痕,不易剥离;明胶在锌电积过程中会发生降解,部分明胶降解为氨基酸小分子,失去阴极整平作用。(2)单宁酸浓度为0 mg/L时NOP值为111m V,随着单宁酸浓度的增加NOP值逐渐增大,当单宁酸浓度为120 mg/L时NOP值为172 m V,电极表面的传质电阻由300Ω/cm2增加到470Ω/cm2,不利于锌的析出;500 A/m2下在0 mg/L时阴极电流效率为91.97%,能耗为2669.43(k W)/t·Zn,120 mg/L时阴极电流效率为82.12%,能耗为3120.43(k W)/t·Zn;阴极锌质量变差,锌片表面失去金属光泽,变薄易碎,剥离时困难,晶粒无规则堆积。(3)优化确定了聚合氯化铝混凝去除单宁酸的条件为:PAC投加量为100mg/L、溶液p H值为4.5、温度为35℃、搅拌时间为10 min、搅拌强度为100 r/min时,对单宁酸的去除率在90%以上,锌的保留率保持在93%以上;聚合氯化铝去除单宁酸的机理是吸附电中和机理和架桥机理共同作用;去除单宁酸后,电解液对阴极的成核过电位减小,极化程度减弱。(4)氯离子浓度越高对铝阴极表面的腐蚀程度越明显,活性位点增加,传质电阻减小,成核过电位值随氯离子浓度增加逐渐减小。未添加氯离子时NOP值为105 m V,500 A/m2下析氢过电位为1.047 V,阴极电流效率为91.97%,能耗为2669.43(k W)/t·Zn,氯离子浓度1000 mg/L时NOP值为83 m V,析氢过电位为1.008 V,电流效率降至85.22%,能耗增加至2872.21(k W)/t·Zn,得到锌产品表面气孔增加,凹凸不平,锌板背面有“烧板”现象。(5)氟离子浓度在400 mg/L时,电极表面腐蚀严重,腐蚀坑呈蜂窝状,NOP值由原来的105 m V降低到62 m V;析氢电位从1.047 V降为0.926 V,促进了氢气的析出,500 A/m2下能耗增加了36.75(k W)/t·Zn,锌沉积表面气孔增加,晶粒由六边形层状堆积变为无规则堆积,锌晶粒表面被电解液中氢氟酸所腐蚀。
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