鋅電解液的提純方法

1、鋅電解液的提純方法,制作人：李國(guó)強(qiáng)王漢澤吳天昊演講人：王肖懿,鋅電解液的提純方法,1、簡(jiǎn)述常見(jiàn)的提純分離方法2、鋅電解液的純化,常見(jiàn)的分離提純方法,沉淀分離法是利用沉淀反應(yīng)有選擇地沉淀某些離子，而其它離子則留于溶液中從而達(dá)到分離的目的。它發(fā)生的必要條件是溶液體系對(duì)某些離子是飽和的。,1、沉淀,,例：,常見(jiàn)的分離提純方法,在應(yīng)用沉淀分離技術(shù)時(shí),需要考慮三種因素,①沉淀的方法和技術(shù)應(yīng)具有一定的選擇性, 才能使目標(biāo)成分得到較好分離,純

2、度較高； ②對(duì)于一些活性物質(zhì)( 如酶、蛋白質(zhì)等 )的沉淀分離,必須考慮沉淀方法對(duì)目標(biāo)成分的活性和化學(xué)結(jié)構(gòu)是否破壞；③對(duì)于食品和醫(yī)藥中的目標(biāo)成分的沉淀分離, 必須充分估量殘留物對(duì)人體的危害.,萃取,原理： 利用物質(zhì)在互不相溶的兩相中溶解度或分配系數(shù)的不同達(dá)到提取、分離及純化的。即:萃取是通過(guò)溶質(zhì)在兩相的溶解競(jìng)爭(zhēng)而實(shí)現(xiàn)的。,分配定律：在一定溫度下，此有機(jī)化合物在有機(jī)相和水相的濃度之比為一常數(shù)。,分配定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：

3、 CA/CB= K （≈溶解度之比）,常見(jiàn)的分離提純方法,常見(jiàn)的分離提純方法,萃取效率：,使用一定量的有機(jī)溶劑去萃取一定量的水溶液中的有機(jī)物質(zhì)，應(yīng)該采取“少量多次”的方法。,這樣 既節(jié)省溶劑，又可以實(shí)現(xiàn)高的萃取率。 利用分配定律可以定量地說(shuō)明萃取次數(shù)、溶劑量與萃取后剩余物之間的關(guān)系。即：,常見(jiàn)的分離提純方法,對(duì)有機(jī)萃取劑的要求：,①與水不溶且易分層；②被萃取物在其中溶解度大；③萃取劑與被萃取物不發(fā)生反應(yīng)，且易分離。

4、 （一般使用低沸點(diǎn)溶劑）,常見(jiàn)的分離提純方法,原理： 置換反應(yīng)（displacement reaction）是無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)的四大基本反應(yīng)類型之一，指一種單質(zhì)和一種化合物生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)，可表示為：A+BC=B+AC 或 AB+C=AC+B　　除此之外，也可以指路易斯酸間的置換反應(yīng)，此時(shí)并不需要單質(zhì)參與反應(yīng)。,置換,根據(jù)反應(yīng)環(huán)境的類別，置換反應(yīng)有以下2種情況：（1）干態(tài)置換在加熱或高溫條

5、件下固體與固體或固體與氣體發(fā)生的置換反應(yīng)。（2）濕態(tài)置換 在水溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)。,鋅電解液的純化,冶金方法或過(guò)程分為濕法冶金和火法冶金。濕法冶金是在水溶液中進(jìn)行的提取冶金過(guò)程。用試劑浸出礦石、精礦或其他原料中所含的有價(jià)組分，使其進(jìn)入液相，再對(duì)液相中的組分進(jìn)行分離和富集，最后以金屬或其他化合物的形式加以回收的方法。,整個(gè)濕法冶金過(guò)程分為三個(gè)步驟：浸出，凈化，金屬沉積。,中性浸出 高溫高酸酸性浸出

6、 鋅焙砂高溫高酸浸出流程,鋅電解液的純化,鋅焙砂的浸出是多段浸出，最終得到的浸出液除含鋅離子（160~165g/L）外，還含有各種雜質(zhì)離子，這些雜質(zhì)離子有：Fe3+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、銻（Sb）、砷（As）等，其中高溫高酸浸出液中鐵離子濃度高達(dá)30g / L以上，其他雜質(zhì)濃度較低，但危害大，都要進(jìn)行凈化分離。,雜質(zhì)在鋅電解過(guò)程的影響：降低電流效率（雜質(zhì)電解沉淀積后形成雜質(zhì)M—鋅微電池，使鋅復(fù)

7、溶；氫在雜質(zhì)金屬上的超電勢(shì)大都低于在金屬鋅上的超電勢(shì)，使氫容易析出）；影響金屬鋅的質(zhì)量（化學(xué)質(zhì)量和物理質(zhì)量）。,鋅電解液的純化,濕法冶金純化方法：離子沉淀法、置換法、有機(jī)溶劑萃取法離子交換法、膜分離法、結(jié)晶法等。,對(duì)凈化液的要求：Cu?0.0005g/L、Ni ? 0.001g/L、Co ? 0.003-0.005mg/L，砷、銻、鍺的濃度低于0.0001g/L。,表1 鋅焙砂中性浸出液的成分（g/L）,表2 凈化后的新液成分（

8、g/L）,鋅電解液的純化,1）中性浸出液中Fe2+的氧化和Fe3+與As、Sb的共沉淀分離,鐵沉淀：Fe2+離子水解沉淀的pH較高，甚至高于Zn2+水解的pH，所以不能用水解法除Fe2+，需要將Fe2+氧化為Fe3+后，才能用中和法控制pH約5將其水解除去。氧化劑常用的是軟錳礦（MnO2）或空氣。MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 4H2O,As、Sb的沉淀： pH大于5時(shí)，F(xiàn)e3+全部水解

9、生成Fe(OH)3膠體，膠體的等電點(diǎn)在pH=5.2左右，小于5.2時(shí)，膠體帶正電，而在此pH值時(shí)，As和Sb以AsO43-和SbO43-形態(tài)存在，它們相互吸引而共沉淀，這也是中性浸出終點(diǎn)pH為什么控制在小于5.2的原因。為了將Sb和As沉淀完全，溶液中的鐵含量應(yīng)在Sb+As總量的10倍以上。,高溫、高酸浸出液中Fe離子濃度在30g/L以上，如此高的雜質(zhì)鐵不能用簡(jiǎn)單的水解法分離。1960年以來(lái)，工業(yè)上先后用更先進(jìn)的黃鉀鐵礬法、轉(zhuǎn)化法、針鐵

10、礦法、赤鐵礦法除鐵。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是：鐵的沉淀結(jié)晶性能好，易沉降、過(guò)濾和洗滌。,鋅電解液的純化,2）高溫、高酸浸出液中鐵的沉淀方法,黃鉀鐵礬法應(yīng)用最普遍，可以直接將Fe3+沉淀，針鐵礦法和赤鐵礦法需要控制較低的Fe3+的濃度，為此需要將大部分Fe3+還原為Fe2+。,黃鉀鐵礬法為了減少堿的消耗，高溫、高酸浸出液可先用鋅焙砂預(yù)中和，調(diào)節(jié)pH為1.1-1.5，過(guò)濾，得到的渣返回高溫、高酸浸工段；濾液加入陽(yáng)離子M+（M+為NH4+、Na+、

11、K+等），加熱至90-100oC，保溫3~4h，生成鐵礬沉淀，過(guò)濾，鐵礬外排，濾液殘留的鐵濃度為1-3g/L，用于中性浸出。3Fe2(SO4)3 + 2MOH + 10H2O = 2MFe3(SO4)2(OH)6 + 5H2SO4,鋅電解液的純化,鋅電解液的純化,3）硫酸鋅溶液（中性浸出液）的凈化,中性浸出過(guò)程中，鐵、砷、銻、鍺等雜質(zhì)大部分水解沉淀除去，但還含有各種其他雜質(zhì)離子，它們分別是銅、鎘、鈷、鎳、氟和氯以及少量砷、銻等離子，這

12、些離子對(duì)鋅的電解都十分有害，需要凈化除去。,凈化除銅鎘工業(yè)上用鋅粉置換法分離硫酸鋅溶液中的銅鎘，置換法的理論依據(jù)是鋅的活性比銅鎘大。Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ Zn + Cd2+ = Cd + Zn2+除銅鎘條件：溫度45-50oC，鋅粉用量為理論用量的1.6-2.0倍，鋅粉粒度為0.105-0.125mm以下。,鋅電解液的純化,凈化除鈷熱力學(xué)上鋅粉可以將鈷置換沉淀完全，但由于動(dòng)力學(xué)因素的

13、影響，也就是反應(yīng)速度太慢，實(shí)際過(guò)程中需要加入添加劑才能將鈷沉淀完全。添加劑有銅鹽、砷鹽、銻鹽等物質(zhì)。,A.銻鹽法 銻鹽法是在硫酸鋅溶液中加入銻鹽（酒石酸銻鉀），通過(guò)形成Sb-Zn微電池降低鈷的超電勢(shì)達(dá)到除鈷的目的。置換鈷的溫度50oC。另外還有黃藥除鈷法等。,鋅電解液的純化,B.銅鹽和砷鹽法在中性或弱酸性硫酸鋅溶液中加入銅鹽或砷鹽，溫度為75-80oC，銅離子首先被鋅置換，形成Cu-Zn微電池，降低了鈷的超電勢(shì)，使鈷易置換沉淀。另