锌电解液的提纯方法

1、制作人：李国强王汉泽吴天昊演讲人：王肖懿锌电解液的提纯方法1、简述常见的提纯分离方法、简述常见的提纯分离方法2、锌电解液的纯化、锌电解液的纯化常见的分离提纯方法沉淀分离法是沉淀分离法是利用利用沉淀反应沉淀反应有选择地有选择地沉淀某些离子，而沉淀某些离子，而其它离子则留于溶其它离子则留于溶液中从而达到分离液中从而达到分离的目的。它发生的的目的。它发生的必要条件是必要条件是溶液体溶液体系对某些离子是饱系对某些离子是饱和的。和的。3-3OHFeOHFe）（例：例：常见的分离提纯方法在应用沉淀分离技术时在应用沉淀分离技术时, ,需要考虑三种因素需要考虑三种因素沉淀的方法和技术应具有一定的选择性沉淀的方

2、法和技术应具有一定的选择性, 才能使目标成才能使目标成分得到较好分离分得到较好分离,纯度较高纯度较高； 对于一些活性物质对于一些活性物质( 如酶、蛋白质等如酶、蛋白质等 )的沉淀分离的沉淀分离,必须必须考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏；对于食品和医药中的目标成分的沉淀分离对于食品和医药中的目标成分的沉淀分离, 必须充分估必须充分估量残留物对人体的危害量残留物对人体的危害. 原理原理： 利用利用物质在互不相溶的两相中溶解度或分配系数的不同达到物质在互不相溶的两相中溶解度或分配系数的不同达到提取、分离及纯化的。即提取、分离及纯化的。即:

3、:萃取是通过溶质在两相的溶解竞萃取是通过溶质在两相的溶解竞争而实现的。争而实现的。 分配定律：分配定律：在一定温度下，此有机化合物在有机相和在一定温度下，此有机化合物在有机相和水相的浓度之比为一常数。水相的浓度之比为一常数。分配定律数学表达式：分配定律数学表达式： C CA A/C/CB B= K = K （溶解度之比溶解度之比）常见的分离提纯方法常见的分离提纯方法萃取效率：萃取效率：使用一定量的有机溶剂去萃取一定量的水溶使用一定量的有机溶剂去萃取一定量的水溶液中的有机物质，应该采取液中的有机物质，应该采取“少量多次少量多次”的的方法方法。原溶原溶液液体积体积V质量质量Wo用用s（ml）萃取剂

4、，）萃取剂，n次萃次萃取取剩余剩余量量体积体积V质量质量Wn这样这样 既节省溶剂，又既节省溶剂，又可以实现高的萃取率。可以实现高的萃取率。 利用分配定律可以定利用分配定律可以定量地说明萃取次数、量地说明萃取次数、溶剂量与萃取后剩余溶剂量与萃取后剩余物之间的关系。即：物之间的关系。即：常见的分离提纯方法对有机萃取剂的要求：对有机萃取剂的要求：与水不溶且易分层；与水不溶且易分层；被萃取物在其中溶解度大；被萃取物在其中溶解度大；萃取剂与被萃取物不发生萃取剂与被萃取物不发生反应，且易分离。反应，且易分离。 （一般使用低沸点溶剂）（一般使用低沸点溶剂）常见的分离提纯方法原理：原理： 置换反应置换反应（d

5、isplacement reactiondisplacement reaction）是无机）是无机化学反应化学反应的四的四大基本反应类型之一，指一种单质大基本反应类型之一，指一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应，可表示为：反应，可表示为：A+BC=B+AC A+BC=B+AC 或或 AB+C=AC+B AB+C=AC+B除此之外，也可以指路易斯酸间的置换反应，除此之外，也可以指路易斯酸间的置换反应，此时并不需要单质参与反应。此时并不需要单质参与反应。根据反应环境的类别根据反应环境的类别，置换反应有以下，置换反应有以下2 2种情况：种情

6、况：（1 1）干态置换在加热或高温条件下固体与固体或固体与气体发生的置）干态置换在加热或高温条件下固体与固体或固体与气体发生的置换反应。换反应。（2 2）湿态置换）湿态置换 在水溶液中进行的置换反应。在水溶液中进行的置换反应。锌电解液的纯化冶金方法或过程分为冶金方法或过程分为湿法冶金湿法冶金和和火法冶金火法冶金。湿法冶金。湿法冶金是在水溶液中进行的提取冶金过程。用试剂浸出矿石、是在水溶液中进行的提取冶金过程。用试剂浸出矿石、精矿或其他原料中所含的有价组分，使其进入液相，精矿或其他原料中所含的有价组分，使其进入液相，再对液相中的组分进行分离和富集，最后以金属或其再对液相中的组分进行分离和富集，最

7、后以金属或其他化合物的形式加以回收的方法。他化合物的形式加以回收的方法。整个湿法冶金过程分为三个步骤：整个湿法冶金过程分为三个步骤：浸出，净化，金浸出，净化，金属沉积。属沉积。 中性浸出中性浸出 高温高酸酸性浸出高温高酸酸性浸出 锌焙砂高温高酸浸出流程锌焙砂高温高酸浸出流程锌电解液的纯化锌焙砂的浸出是多段浸出，锌焙砂的浸出是多段浸出，最终得到的浸出液除含锌最终得到的浸出液除含锌离子（离子（160165g/L160165g/L）外，）外，还含有各种杂质离子，这还含有各种杂质离子，这些杂质离子有：些杂质离子有：Fe3+Fe3+、Fe2+Fe2+、Cu2+Cu2+、Co2+Co2+、Ni2+Ni2+

8、、锑（锑（SbSb）、砷（）、砷（AsAs）等，）等，其中高温高酸浸出液中铁其中高温高酸浸出液中铁离子浓度高达离子浓度高达30g / L30g / L以上，以上，其他杂质浓度较低，但危其他杂质浓度较低，但危害大，都要进行净化分离。害大，都要进行净化分离。杂质在锌电解过程的影响：杂质在锌电解过程的影响：降低电流效率降低电流效率（杂质电解沉淀积后形成杂质（杂质电解沉淀积后形成杂质MM锌微电池，锌微电池，使锌复溶；氢在杂质金属上的超电势大都低使锌复溶；氢在杂质金属上的超电势大都低于在金属锌上的超电势，使氢容易析出）；于在金属锌上的超电势，使氢容易析出）；影响金属锌的质量（化学质量和物理质量）。影响金

9、属锌的质量（化学质量和物理质量）。锌电解液的纯化湿法冶金纯化方法：湿法冶金纯化方法：离子沉淀法、置换法、有机溶剂萃取法离子离子沉淀法、置换法、有机溶剂萃取法离子交换法、膜分离法、结晶法等。交换法、膜分离法、结晶法等。对净化液的要求：对净化液的要求：Cu 0.0005g/L、Ni 0.001g/L、Co 0.003-0.005mg/L，砷、锑、锗的浓度，砷、锑、锗的浓度低于低于0.0001g/L。 表表1 锌焙砂中性浸出液的成分（锌焙砂中性浸出液的成分（g/L） 表表2 净化后的新液成分（净化后的新液成分（g/L）锌电解液的纯化 1 1）中性浸出液中）中性浸出液中FeFe2+2+的氧化和的氧化和

10、FeFe3+3+与与AsAs、SbSb的共沉淀分离的共沉淀分离铁沉淀：铁沉淀：FeFe2+2+离子水解沉淀的离子水解沉淀的pHpH较高，甚至高于较高，甚至高于ZnZn2+2+水解的水解的pHpH，所以不能用，所以不能用水解法除水解法除FeFe2+2+，需要将，需要将FeFe2+2+氧化为氧化为FeFe3+3+后，才能用中和法控制后，才能用中和法控制pHpH约约5 5将其水解除去。氧化剂常用的是软锰矿（将其水解除去。氧化剂常用的是软锰矿（MnOMnO2 2）或空气。）或空气。MnOMnO2 2 + 2Fe + 2Fe2+2+ + 4H + 4H+ + = Mn = Mn2+2+ + 2Fe +

11、2Fe3+3+ + 4H + 4H2 2O O As As、SbSb的沉淀：的沉淀： pHpH大于大于5 5时，时，FeFe3+3+全部水解生成全部水解生成Fe(OH)Fe(OH)3 3胶体，胶体的等电点在胶体，胶体的等电点在pH=5.2pH=5.2左右，小于左右，小于5.25.2时，胶体带正电，而在此时，胶体带正电，而在此pHpH值时，值时，AsAs和和SbSb以以AsOAsO4 43-3-和和SbOSbO4 43-3-形态存在，它们相互吸引而共沉淀，形态存在，它们相互吸引而共沉淀，这也是中性浸这也是中性浸出终点出终点pHpH为什么控制在小于为什么控制在小于5.25.2的原因。的原因。为了将

12、为了将SbSb和和AsAs沉淀完全，沉淀完全，溶液中的铁含量应在溶液中的铁含量应在Sb+AsSb+As总量的总量的1010倍以上。倍以上。高温、高酸浸出液中高温、高酸浸出液中FeFe离子浓度在离子浓度在30g/L30g/L以上，如此高的以上，如此高的杂质铁不能用简单的水解法分离。杂质铁不能用简单的水解法分离。19601960年以来，工业上先年以来，工业上先后用更先进的黄钾铁矾法、转化法、针铁矿法、赤铁矿法后用更先进的黄钾铁矾法、转化法、针铁矿法、赤铁矿法除铁。这些方法的优点是：铁的沉淀结晶性能好，易沉降、除铁。这些方法的优点是：铁的沉淀结晶性能好，易沉降、过滤和洗涤。过滤和洗涤。 锌电解液的纯

13、化 2 2）高温、高酸浸出液中铁的沉淀方法）高温、高酸浸出液中铁的沉淀方法黄钾铁矾法应用最普遍，可以直接将黄钾铁矾法应用最普遍，可以直接将FeFe3+3+沉淀，针铁矿法沉淀，针铁矿法和赤铁矿法需要控制较低的和赤铁矿法需要控制较低的FeFe3+3+的浓度，为此需要将大部的浓度，为此需要将大部分分FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+。黄钾铁矾法黄钾铁矾法为了减少碱的消耗，高温、高酸浸出液可先用锌焙砂预中和，为了减少碱的消耗，高温、高酸浸出液可先用锌焙砂预中和，调节调节pHpH为为1.1-1.51.1-1.5，过滤，得到的渣返回高温、高酸浸工段；，过滤，得到的渣返回高温、高酸浸工段；滤液加入

14、阳离子滤液加入阳离子M M+ +（M M+ +为为NHNH4 4+ +、NaNa+ +、K K+ +等），加热至等），加热至90-10090-100o oC C，保温保温34h34h，生成铁矾沉淀，过滤，铁矾外排，滤液残留的铁，生成铁矾沉淀，过滤，铁矾外排，滤液残留的铁浓度为浓度为1-3g/L1-3g/L，用于中性浸出。，用于中性浸出。3Fe3Fe2 2(SO(SO4 4) )3 3 + 2MOH + 10H + 2MOH + 10H2 2O = O = 2MFe2MFe3 3(SO(SO4 4) )2 2(OH)(OH)6 6 + 5H + 5H2 2SOSO4 4锌电解液的纯化锌电解液的纯

15、化 3 3）硫酸锌溶液（中性浸出液）的净化）硫酸锌溶液（中性浸出液）的净化中性浸出过程中，铁、砷、锑、锗等杂质大部分水解沉淀中性浸出过程中，铁、砷、锑、锗等杂质大部分水解沉淀除去，但还含有各种其他杂质离子，它们分别是铜、镉、除去，但还含有各种其他杂质离子，它们分别是铜、镉、钴、镍、氟和氯以及少量砷、锑等离子，这些离子对锌的钴、镍、氟和氯以及少量砷、锑等离子，这些离子对锌的电解都十分有害，需要净化除去。电解都十分有害，需要净化除去。净化除铜镉净化除铜镉工业上用锌粉置换法分离硫酸锌溶液中的铜镉，置换法的理工业上用锌粉置换法分离硫酸锌溶液中的铜镉，置换法的理论依据是锌的活性比铜镉大。论依据是锌的活性

16、比铜镉大。Zn + CuZn + Cu2+2+ = Cu + Zn = Cu + Zn2+2+ Zn + CdZn + Cd2+2+ = Cd + Zn = Cd + Zn2+2+除铜镉条件：温度除铜镉条件：温度45-5045-50o oC C，锌粉用量为理论用量的，锌粉用量为理论用量的1.6-2.01.6-2.0倍倍，锌粉粒度为，锌粉粒度为0.105-0.125mm0.105-0.125mm以下以下。锌电解液的纯化净化除钴净化除钴热力学上锌粉可以将钴置换沉淀完全，但由于动力学因素的热力学上锌粉可以将钴置换沉淀完全，但由于动力学因素的影响，也就是反应速度太慢，实际过程中需要加入添加剂才影响，也

17、就是反应速度太慢，实际过程中需要加入添加剂才能将钴沉淀完全。添加剂有铜盐、砷盐、锑盐等物质。能将钴沉淀完全。添加剂有铜盐、砷盐、锑盐等物质。 A A. .锑盐法锑盐法 锑盐法是在硫酸锌溶液中加入锑盐（酒石酸锑钾），通过锑盐法是在硫酸锌溶液中加入锑盐（酒石酸锑钾），通过形成形成SbSb-Zn-Zn微电池降低钴的超电势达到除钴的目的。置换微电池降低钴的超电势达到除钴的目的。置换钴的温度钴的温度5050o oC C。另外还有黄药除钴法等。另外还有黄药除钴法等。 锌电解液的纯化B B. .铜盐和砷盐法铜盐和砷盐法在中性或弱酸性硫酸锌溶液中加入铜盐或砷盐，温度为在中性或弱酸性硫酸锌溶液中加入铜盐或砷盐，温度为75-8