[发明专利]由矿物与精矿提炼锌的方法

说明书

本发明是关于由含锌矿石和锌精矿用湿法冶金生产锌的方法。硫化物是锌存在中较为普通的形态，但有因二氧化硫所造成的空气污染问题。而以碳酸盐和氧化物状态存在的锌亦可用此方法处理，并且在某些情形下比硫化物更为有效。

传统处理硫化锌的方法是焙烧使产生氧化锌和二氧化硫。这里的二氧化硫可以也可以不转化为硫酸，然后将产物溶于硫酸，电解净化后的溶液在阴极产生锌而在阳极产生氧气。因为阳极产生酸，和在阴极有析出氢气而不析出锌的趋势，因此必须使用非常纯的溶液并小心地控制电流密度。这需要在电解液中加进试剂使之产生光滑的锌板，避免产生表面粗糙的锌板或锌粉，后二种情况下将更有利于氢气的析出。

美国专利号4，148，698艾维瑞特（Everett）公开了从含基体金属矿石中用循环过程提炼出基体金属的另一方法，它必需在铜离子催化剂存在的情况下，和氯化物溶浸剂使矿石形成浆状物。并用氧气增强基体金属的溶解。

因为电镀槽中每单位体积的低酸性阳极电解液所溶浸的锌量非常少，因此需要高的环流速率，结果是固液分离步骤成本很高。由于氢离子容易穿过隔膜，酸性阳极电解液使锌在阴极电解液中的析出变得困难，即使用了离子选择性膜，如Nafion（Dupont商标）时也难避免。

也可由氯化物溶液中产生出锌，在阳极则有氯气析出。这需要较高的阳极电位和昂贵的阳极（铂或包有钌的钛），这会产生物料处理上的困难，因为锌和氯可猛烈地进行反应。阳极电解液是酸性的，成为提供氢离子的一个来源，通常这是电解锌的效率低的主要原因。

本发明的方法克服了上述工艺的缺点，使得锌可在低氢离子环境下被沥取和电解出来。它提高了电解锌的效率，并可以产生电解锌而不一定要产生附着的镀层，而后者需要加入电镀添加物，但这些添加物对沥取反应有有害的作用。阳极电解液和阴极电解液由离子选择性薄膜（如Nafion）分隔开，电流则仍然可以通过离子如钠穿过薄膜而导通，这些离子不会影响镀锌过程。氢离子也可通过隔膜并影响锌的电镀。而本发明的特点正在于可在低酸性介质条件下沥取矿物以避免低效率锌电镀造成的高成本。

本发明提供一种方法，可在电解池中回收含锌矿石或精矿中的锌，电解池包括一个容有阴极的阴极隔室和一个容有阳极的阳极隔室，阴阳极隔室由两者之间的离子选择性膜分开，该薄膜特征为能够阻止能影响锌电镀过程的离子从阳极隔室移向阴极隔室。本方法包括在阳极区内形成矿石或精矿的矿浆，和含有氯及铜离子的溶液，将含氧气体与浆状物直接掺合，使混合物基本上维持在一个大气压和高于溶液沸点的温度，保持混合物的pH值在1-4之间，由此最后溶液成为溶解锌的富液，至少应抽取一部分混合物，从而分出所得到的溶液，将此溶液与含锌矿石或精矿接触，从而使离子态铜沉淀下来。将此溶液引入阴极隔室，用电化学方法从阴极回收锌。生成溶液中的液体也可以从矿物中分离出来。得到的溶液与金属锌反应以进一步净化。

本发明优于前人先方法之处在于，锌的溶解和回收全部发生在用离子选择性膜如Nafion的单一电解池中。此处不需要溶液的高流量，因为连续进行的沥取过程消耗着电解池中产生的氢离子。再者，本发明有助于铜离子催化剂的循环，使其损耗量少。这种方法也使阳极电解液可在低酸性的环境下工作而不产生氯气，因此由于氧化电位比氯或氧析出电位低，可以使用价廉的石墨阳极，同时获得较低的电解池电压从而降低 能耗成本。另外的优点是任何被沥取的铁均被氧化至三价，然后水解形成针铁矿或acagenite，因而避免电解液的铁污染。与旧技术相比，低酸性阳极电解液的使用可增加锌的电解效率，和降低能耗成本，后者为生产锌过程中成本的最重要部分。

本发明第一可取方面，是适合于含锌矿石或精矿，由此离子态铜沉淀出来，作为阳极隔室加入料的一个部分，从而，铜再溶解的存在将无须另行加入大量催化剂。

另一可取之处为，阳极隔室中混合物的pH值在2.5至3.5之间，最好是3。如前所述，应用低酸性条件有利于消除阴极隔室氢气和阳极隔室氯气的产生，因为受到矿物浆还原能力的防阻。

再一可取之处为，阳极区溶液温度为50℃至溶液的沸点，70℃至100℃较好，最佳为85℃至95℃。

离子态铜作为沥取含锌矿石或精矿的催化剂而存在，通常加入的浓度大约为每升5至25克。