堿浸—電解法資源化處理氧化型含鋅危險廢料研究.pdf

1、氧化型含鋅危險廢物會對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，因此無害化、資源化處理氧化型含鋅危險廢物勢在必行，本著改善環(huán)境質(zhì)量，緩解鋅需求量急劇增加與鋅精礦資源日趨枯竭的矛盾、克服傳統(tǒng)濕法提鋅工藝的缺陷目的，本論文基于鋅的強堿介質(zhì)選擇性浸出、低電解能耗優(yōu)勢，對氧化型含鋅危險廢物的堿浸-凈化-電解-苛化生產(chǎn)金屬鋅粉技術(shù)展開了系統(tǒng)地研究。通過優(yōu)化浸取條件、徹底凈化雜質(zhì)、高值化電積回收等技術(shù)，使堿浸-電解工藝的工業(yè)化應(yīng)用取得良好環(huán)境和經(jīng)濟效益，并得到以下主要結(jié)

2、論:
　　 (1)構(gòu)建了Zn(Ⅱ)-NaOH-H2O體系熱力學(xué)模型，在強堿性溶液中，鋅是以Zn(OH)42-和ZnO22-形式存在的，并確定了鋅的平衡濃度與堿濃度的關(guān)系，用實驗進行驗證，測得在不同堿濃度下，鋅的平衡濃度計算值和實驗值相對偏差的絕對平均值為0.1298％，說明熱力學(xué)模型是正確的。
　　 (2)氧化型含鋅廢料強堿浸取時，含鋅煙灰原料最佳浸出條件為:NaOH濃度6 mol/L、溫度90℃、浸出時間120 min

3、、液固比10∶1、顆粒直徑100～160目、攪拌速率為300 r/min，鋅浸出率可達(dá)90％以上;ZnCO3原料最佳浸取條件為:NaOH濃度6 mol/L、溫度90℃、浸出時間120 min、液固比10∶1、顆粒直徑100～160目、攪拌速率450r/min，鋅浸出率超過90％; Zn2SiO4原料最佳浸取條件為:NaOH濃度8 mol/L、溫度90℃、浸出時間240min、液固比8∶1、顆粒直徑100～160目、攪拌速率450 r/m

4、in，鋅浸出率接近85％。浸取參數(shù)對鋅浸出影響大小的順序分別為:ZnO原料，R＞T＞CNaOH＞D＞t＞V;ZnCO3原料，R＞T＞V＞D＞CNaOH＞t; Zn2SiO4原料，t＞V＞T＞R＞ CNaOH＞D。
　　 (3)含鋅煙灰在強堿性溶液中的活化能為42.00kJ/mol、碳酸鋅礦的活化能為43.15kJ/mol，表明堿浸取含鋅煙塵和碳酸鋅礦過程主要受化學(xué)反應(yīng)控制;硅酸鋅礦在堿溶液中的浸出過程分為兩段，在0～10min內(nèi)

5、其活化能為13.59 kJ/mol，表明在浸取開始段內(nèi)是受內(nèi)擴散控制，浸出后端其活化能為31.86 kJ/mol，表明浸取后段的過程是受化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)擴散共同控制。
　　 (4)硫化鈉可選擇性定量分離強堿性溶液中的鉛鋅，并發(fā)現(xiàn)硫酸鐵、硫酸鈉、氧化鈣對強堿性溶液中的砷、鋁等雜質(zhì)具有一定的凈化作用，以此提出了浸出液深度凈化工藝:將浸取液升溫到70℃，加入硫化鈉，硫化鈉的加入量為浸取液中鉛含量的1.8倍（質(zhì)量比），攪拌1.5 h;加入硅

6、酸鈉，硅酸鈉的加入量為每升浸取液1.5 g，攪拌1 h;加入硫酸鐵，硫酸鐵的加入量為每升浸取液1 g，攪拌1 h;再加入石灰，石灰的加入量為硫化鈉加入量的0.8倍，攪拌1h;靜置4h，過濾，輸送入陳化池陳化48小時后電解。
　　 (5)對Zn(Ⅱ)-NaOH-H2O體系中鋅電積理論分解電壓進行了計算，在強堿性溶液中鋅電積的理論分解電壓為1.728 V，比傳統(tǒng)硫酸鋅溶液鋅電積分解電壓低0.352V;其鋅電積的最佳工藝條件為:電流密

7、度800～1000 A/m2，堿濃度180～200 g/L，電解溫度30～50℃，鋅濃度30～40g/L，電流效率可達(dá)99％以上，電能耗為2.38kWh/kg鋅粉;鋅在陰極板上析出時，增加電流密度、降低溶液溫度，鋅粉從麥穗狀向具有更大比表面積的薄片狀轉(zhuǎn)變;增大電解液堿濃度，鋅粉從薄片狀向?qū)訝睢⑹瘔K狀轉(zhuǎn)變;電解液鋅濃度越大，越易形成粒徑較大的鋅粉。
　　 (6)研究了As、Cl-、SiO32-、SO42-、CO32-、F-、Al、

8、Pb、Mg、Fe、Ni、Mn、Ca、Cd、Cr、Cu等對電解金屬鋅粉的影響，確定電解液中雜質(zhì)許可的濃度范圍。
　　 (7)提出了廢電解液的苛化處理工藝:在廢電解液中加入堿，使堿濃度達(dá)到350 g/L，通過提高堿濃度使碳酸鈉和一些雜質(zhì)結(jié)晶生成沉淀。在沉淀中加入洗渣水等廢水，控制苛化液的堿濃度在80～100 g/L范圍內(nèi)，碳酸鈉的濃度在40g/L以上。苛化工藝參數(shù)確定為:氧化鈣的加入量為理論值的1.5～1.8倍;溫度為90℃;苛化時

9、間為30 min;廢電解液經(jīng)過苛化處理后，1m3的廢電解液可苛化出約28 kg堿，廢電解液在經(jīng)過苛化處理后，廢液中的鐵、銅、鎂、錳、鎘、鉻等重金屬的去除率在10～40％左右，對砷的去除率達(dá)到62％，廢電解液苛化工藝具有較好的除雜效果。
　　 (8)設(shè)計了年處理1萬噸氧化型含鋅危險廢料再生加工廠，對磨礦、浸取、凈化、電解、鋅粉清洗干燥粉碎工藝段的設(shè)備進行了最優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)設(shè)計建成的某鋅廢料再生加工廠鋅浸取率達(dá)到90％以上，生產(chǎn)的金