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镍对锌电积过程影响及浸出液净化中脱镍的试验研究

作　者: 张怀伟
导　师: 王吉坤
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 镍长周期锌电积电化学行为锌粉置换脱镍
分类号: TF813
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在现代化建设中,锌已成为最重要的有色金属之一,我国锌储量及产量均居世界第一位,是锌的主要生产和出口国。目前,锌的生产主要是通过焙烧-浸出-净化-电积的湿法过程来完成的。锌的电解沉积作为湿法炼锌的主要过程之一,机械化和自动化是现代电锌厂发展的基本要求,而长周期锌电积(电积周期不小于48小时)是实现机械化剥锌的前提。电积液杂质离子的存在直接关系到长周期锌电积能否顺利进行和锌电积工艺指标的好坏。为此,国内外冶金工作者对杂质在电积过程中的行为和对电积的影响做了大量的研究工作,其中镍离子是对锌电积过程影响最大的杂质离子之一本文在参阅了大量国内外关于锌电积工艺过程和杂质离子对锌电积过程影响的相关文献的基础上,分析了锌电积过程的热力学和动力学以及主要杂质对锌电积过程的影响,概述了电积液净化除镍的主要方法,并在此基础上对镍离子在锌电积过程中的电化学行为、镍离子对锌电积过程中主要工艺指标的影响和硫酸锌电积液净化除镍进行了系统的研究。对镍离子在锌电积过程中的电化学行为进行了研究。通过对电导率的研究表明,当电积液中含有微量镍离子时,随着镍离子浓度的增大,溶液电导率有很微弱的增加趋势,但这个趋势在整个电积液范围内可以忽略不计。电解液中含不同浓度镍离子条件下的阴极极化曲线表明镍离子的存在会削弱锌电积过程中的阴极极化,减小了氢的超电势,从而加快了氢气的析出,且随着电解液中镍离子浓度增加,去极化作用逐渐增强。通过对阴极极化曲线进行Tafel拟合发现：电解液中存在镍离子会增大锌电解沉积过程中的交换电流密度和传质系数,且随镍离子浓度的增加而增大,由此可知镍离子的存在会改变锌电沉积的机理,增大了电极反应的可逆程度和反应速率。计时电流曲线进一步证实了杂质镍会加剧氢还原反应的发生。通过电子探针(EPMA)和扫描电镜(SEM)技术对镍离子的存在对电锌质量的影响做了研究,表明了锌电积过程中伴随单质镍的析出,同时由于金属镍的沉积,加剧了氢还原反应的发生,使阴极锌表面出现了不同大小和深度的孔洞。通过常规周期(26h)和长周期(48h)锌电积的实验,分别对镍离子浓度对电积过程中电流效率、电能消耗、槽电压、电锌质量等主要指标的影响进行了研究。实验表明,当电积液中镍离子浓度大于0.5mg·L-1时,将对常规周期锌电积产生较大影响,而在长周期电积过程中的这个数值要降到0.15 mg·L-1以下。通过硫酸锌溶液中含单一镍离子时的锌粉置换脱镍实验和硫酸锌电积液净化的工业实验可以得出,净化温度、净化时间、净化添加剂是影响杂质镍脱除的主要因素。本文通过对锌电积过程中镍离子的行为及其对长周期锌电积过程中主要指标的影响和锌浸出液净化中脱镍的试验研究,为锌浸出液深度净化除杂和进一步研究其它杂质离子对长周期锌电积的影响提供一定的指导作用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章文献综述  10-26
  1.1 锌的概述  10-13
    1.1.1 锌及其化合物的性质  10-12
    1.1.2 锌资源分布及生产消费  12-13
  1.2 锌的冶炼工艺概况  13-18
    1.2.1 火法炼锌  13-16
    1.2.2 湿法炼锌  16-17
    1.2.3 其他炼锌方法  17-18
  1.3 杂质对锌电积过程影响  18-21
    1.3.1 杂质对锌电积过程影响概述  18-19
    1.3.2 杂质对锌电积过程影响的研究进展  19-21
  1.4 锌电积液除镍方法概述  21-23
    1.4.1 锌粉置换法  21-22
    1.4.2 合金锌粉净化法  22
    1.4.3 NaBH_4还原净化法  22-23
  1.5 本课题研究的意义和内容  23-26
第二章硫酸锌溶液的电解沉积  26-42
  2.1 电极反应过程概述  26-31
    2.1.1 电极反应热力学  26-27
    2.1.2 电极过程动力学  27-31
      2.1.2.1 电极过程及反应速度  27-28
      2.1.2.2 电极的极化  28-29
      2.1.2.3 极化曲线  29
      2.1.2.4 析氢超电压  29-31
  2.2 金属的电结晶  31-33
  2.3 锌电积的电极反应  33-36
    2.3.1 锌电积阴极反应  34-35
    2.3.2 锌电积阳极反应  35-36
  2.4 锌电积的电流效率及电能消耗  36-37
    2.4.1 电流效率  36-37
    2.4.2 电能消耗  37
  2.5 电解液组成的E-PH图分析  37-42
第三章试验  42-46
  3.1 试验设备及试剂  42
    3.1.1 试验设备  42
    3.1.2 试验试剂  42
  3.2 试验方法和步骤  42-46
    3.2.1 镍在锌电积过程中的行为试验  43-44
    3.2.2 电积试验  44-46
第四章杂质镍对电积过程影响的试验研究  46-62
  4.1 镍在锌电积过程中的行为  46-53
    4.1.1 杂质镍对电积液电导率的影响  46-47
    4.1.2 线性扫描伏安曲线  47-51
    4.1.3 计时电流曲线  51-53
  4.2 杂质镍对阴极锌质量的影响  53-56
  4.3 杂质镍对5小时锌电积电流效率和电能消耗的影响  56-57
  4.4 杂质镍对长周期锌电积的影响  57-62
    4.4.1 杂质镍对槽电压的影响  57-58
    4.4.2 杂质镍对电流效率和电能消耗的影响  58-60
    4.4.3 杂质镍对电锌质量的影响  60-62
第五章浸出液锌粉置换除镍的试验研究  62-70
  5.1 单一镍杂质的锌粉置换试验  62-64
    5.1.1 温度对锌粉置换除镍的影响  62-63
    5.1.2 净化液pH值对锌粉置换除镍的影响  63
    5.1.3 净化时间和添加剂对锌粉置换除镍的影响  63-64
  5.2. 实际锌浸出液净化试验  64-70
    5.2.1 一段低温净化除铜镉  65
    5.2.2 二段高温净化除镍钴  65-66
    5.2.3 三段中温净化  66-70
第六章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
致谢  72-74
参考文献  74-80
附录硕士期间以第一作者发表的论文  80

镍对锌电积过程影响及浸出液净化中脱镍的试验研究

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