本發(fā)明涉及污染物處理，具體涉及一種旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法。

背景技術(shù)：

1、鋅是目前使用最廣泛的有色金屬之一，其中大約50％的鋅消耗于鍍鋅方面，以防護(hù)鋼材或鋼制品免受腐燭。此外，鋅的溶點(diǎn)低(419.5℃)，溶融狀態(tài)時(shí)流動(dòng)性良好，在汽車工業(yè)和航空工業(yè)常用于制造各種精密的鑄件。我國(guó)的鋅資源總量雖然非常豐富，但是能夠用于鋅冶煉的儲(chǔ)量是有限的。與此同時(shí)，鋅普遍存在于各種有色金屬冶煉廢料中。2022年，中國(guó)鋅產(chǎn)量約為635.8萬(wàn)噸，而鋅需求量達(dá)到700.5萬(wàn)噸，占到全球鋅總需求量的40％左右，且還在持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)。因此，鋅可再生資源綜合回收利用以及含鋅冶煉廢料的鋅處理回收至關(guān)重要。

2、銦金屬具有延展性好、傳導(dǎo)性好、可塑性強(qiáng)、延伸率低(22％)、沸點(diǎn)高(2109℃)、熔點(diǎn)低(156.6℃)等特點(diǎn)。銦可以與其它有色金屬(銻、砷、鉛、錫、鉍、鎘等)形成化合物、半導(dǎo)體、特殊合金、電子光學(xué)材料以及新型功能材料等，而被廣泛地應(yīng)用于電子、儀表、光纖通訊、化工、原子能、國(guó)防、電池防腐等領(lǐng)域。銦是一種稀散金屬，主要以雜質(zhì)成份分散在鋅、錫等有色金屬礦物中。因此，從豐富的伴生金屬中提取并回收銦金屬一直是研究的重點(diǎn)難題。

3、鉛金屬是一種重要的工業(yè)材料，因其具有電阻低、熔點(diǎn)低、耐蝕性高、x射線和γ射線等不易穿透、塑性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)、建筑行業(yè)、化工行業(yè)和核工業(yè)。然而，盡管鉛具有廣泛的用途和應(yīng)用價(jià)值，但也存在不可忽視的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。選礦、金屬冶煉和工業(yè)過程中產(chǎn)生的含鉛廢物屬于危險(xiǎn)廢物，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境存在潛在的危害，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砼c處置。含鉛廢物同時(shí)可作為回收鉛的二次原料，其回收利用具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會(huì)效益。

4、鋼鐵廠冶煉過程中產(chǎn)生的含鋅煙塵中主要含50～60％鋅、3～4％鐵、0.03～5％銦、5～10％鉛等有價(jià)金屬，具有較高的回收價(jià)值。目前，酸性浸出-電積工藝是對(duì)鋼廠含鋅煙塵中有價(jià)金屬高效回收和清潔利用的主要方法，該方法存在工藝流程復(fù)雜，鋅、銦、鉛浸出率低，鋅、銦難沉積以及產(chǎn)品純度低等問題?，F(xiàn)有技術(shù)采用旋流電解回收有價(jià)金屬的方法，有價(jià)金屬的回收效率低，工藝流程復(fù)雜，電解周期較長(zhǎng)。例如中國(guó)專利cn108486606a公開了一種旋流電解梯級(jí)回收銅、硒和碲的方法及其產(chǎn)品，調(diào)節(jié)電位依次得到到銅、硒和碲的單質(zhì)或氧化物，但需要優(yōu)先配置金屬離子的混合溶液，這難以適用于固體廢料中“難浸出”金屬離子的旋流電解回收。此外，旋流電解還會(huì)伴生其他雜質(zhì)金屬，導(dǎo)致產(chǎn)出陰極鋅、銦和鉛產(chǎn)品純度較低，后續(xù)使用困難。因此，為實(shí)現(xiàn)鋼廠含鋅煙塵的高效清潔回收和充分資源化利用，迫切需要提出一種從鋼廠含鋅煙塵中梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法，使得三種有價(jià)金屬同一批次梯級(jí)分離，簡(jiǎn)化工藝步驟，縮短回收流程，降低鋼廠含鋅煙塵中有價(jià)金屬的殘余率，提高陰極產(chǎn)品純度，增加經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法，該方法流程短，鋼廠含鋅煙塵利用率高，煙塵中鋅、銦和鉛回收率高，陰極產(chǎn)品(即zn、in和pb的單質(zhì)和/或氧化物)純度高、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)便且對(duì)設(shè)備要求低。

2、本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法，包括以下步驟：

4、(1)將含鋅煙塵澆筑在鈦棒上，得到旋流精煉陽(yáng)極柱；

5、(2)將步驟(1)得到的旋流精煉陽(yáng)極柱置于旋流精煉設(shè)備中，加入電解液，啟動(dòng)旋流精煉循環(huán)泵控制湍流流速為2～5m/s，進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)；

6、(3)依次調(diào)節(jié)陰極電壓，調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.2～0.28v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，在陰極上回收鉛(pb)的單質(zhì)和/或氧化物；調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.55～0.65v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，在陰極上回收銦(in)的單質(zhì)和/或氧化物；調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.85～0.95v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，在陰極上回收鋅(zn)的單質(zhì)。

7、在傳統(tǒng)的電解技術(shù)基礎(chǔ)上，旋流精煉技術(shù)增加了“湍流場(chǎng)”，有效地消除濃差極化等對(duì)電解的不利影響。高速流液能夠強(qiáng)化電場(chǎng)作用下低濃度金屬陽(yáng)離子向陰極定向移動(dòng)?；诟鹘饘匐x子理論析出電位的差異，即欲被提取的金屬只要與溶液體系中其他金屬離子有較大的電位差，則電位較正的金屬易于在陰極優(yōu)先析出，從而得到電解產(chǎn)品。

8、本發(fā)明提供的一種旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法是以“電場(chǎng)/湍流場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化”為手段，借助陽(yáng)極浸出和陰極沉積的“定向轉(zhuǎn)化”，實(shí)現(xiàn)鋼廠含鋅煙塵中多金屬短流程梯級(jí)回收。在陽(yáng)極上，鋼廠含鋅煙塵澆筑的陽(yáng)極柱中鋅、銦和鉛組分不斷電化學(xué)浸出。此外，在湍流場(chǎng)的協(xié)同作用下，包裹、夾帶和穩(wěn)定性好的有價(jià)金屬物相，如硫化鋅(zns)、鐵酸鋅(znfe2o4)、銦鐵酸鋅(znfe2-minmo4)和硫酸鉛(pbso4)，能夠被強(qiáng)化浸出，實(shí)現(xiàn)鋼廠含鋅煙塵的高效資源化回收。在陰極上，利用各金屬離子標(biāo)準(zhǔn)電極電位的差異和湍流場(chǎng)的傳質(zhì)強(qiáng)化作用，鋅、銦和鉛在陰極電化學(xué)直接還原得到高純度的粉狀產(chǎn)品，即zn、in和pb的單質(zhì)和/或氧化物。

9、所述電化學(xué)反應(yīng)過程包含的化學(xué)反應(yīng)有：

10、zn2++2e-→zn

11、in3++3e-→in

12、pb2++2e-→pb

13、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述含鋅煙塵中鋅、銦和鉛含量分別高于20％、0.1％和5％。

14、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述澆筑包括壓制和燒結(jié)。

15、在具體實(shí)施方式中，所述澆筑包括：將含鋅煙塵加入模具中，壓制在鈦棒上，然后在惰性氣體氛圍下進(jìn)行燒結(jié)處理。

16、進(jìn)一步地，所述壓制的密度為1.5～5.5g/cm3，優(yōu)選為2.5～3.5g/cm3。

17、進(jìn)一步地，所述燒結(jié)的時(shí)間為10～60min，優(yōu)選為30～40min。

18、進(jìn)一步地，所述燒結(jié)的溫度為500～1500℃，優(yōu)選為700～1000℃。

19、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述旋流精煉設(shè)備包括旋流精煉陽(yáng)極柱、陰極、旋流精煉槽和旋流精煉循環(huán)泵。

20、進(jìn)一步地，所述旋流精煉陽(yáng)極柱為工作電極。

21、進(jìn)一步地，所述陰極為不銹鋼片。

22、進(jìn)一步地，所述旋流精煉槽為圓柱狀電解槽，可在常壓下使用。

23、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述電解液為硫酸水溶液。

24、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述硫酸水溶液中硫酸的濃度為0.01～0.5m，優(yōu)選為0.05～0.2m，例如0.05m、0.07m、0.1m、0.12m、0.15m、0.18m、0.2m。電解液不選用鹽酸水溶液，防止陽(yáng)極發(fā)生析氯反應(yīng)。

25、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述旋流精煉反應(yīng)的溫度為10～80℃，優(yōu)選為20～60℃，例如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等，更優(yōu)選為30～50℃。所述旋流精煉可在常溫下進(jìn)行，能大大降低能耗。

26、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述湍流流速可以為1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s或4.5m/s，優(yōu)選為2～3.5m/s。

27、進(jìn)一步地，步驟(3)中，每次旋流精煉反應(yīng)的時(shí)間大于2h，優(yōu)選為2～10h，例如2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、6h、7h、8h等，更優(yōu)選為4～6h。

28、進(jìn)一步地，步驟(3)中，每進(jìn)行一次旋流精煉反應(yīng)，更換一次陰極。

29、調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.2～0.28v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，例如-0.2v、-0.23v、-0.25v、-0.27v等，在陰極上回收pb的單質(zhì)和/或氧化物。

30、調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.55～0.65v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，例如-0.55v、-0.57v、-0.6v、-0.62v、-0.65v等，優(yōu)選為-0.55～0.62v，在陰極上回收in的單質(zhì)和/或氧化物。

31、調(diào)節(jié)陰極電壓至-0.85～0.95v進(jìn)行旋流精煉反應(yīng)，例如-0.85v、-0.87v、-0.9v、-0.92v、-0.95v等，優(yōu)選為-0.87～0.95v，在陰極上回收zn的單質(zhì)。

32、進(jìn)一步地，步驟(3)中，在回收陰極產(chǎn)品后，還包括用水洗滌并干燥陰極產(chǎn)品的步驟。

33、本發(fā)明的有益效果：

34、(1)本發(fā)明提供的旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法是一種“浸出-沉積耦合”的電化學(xué)手段，能夠同批次綜合處理含鋅煙塵，簡(jiǎn)化操作流程，縮短反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多金屬短流程梯級(jí)回收。

35、(2)本發(fā)明提供的旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法是將含鋅煙塵澆筑為陽(yáng)極柱，借助“電場(chǎng)/湍流場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化”手段，有效解決不同金屬之間“難浸出易沉積”或“易浸出難沉積”的難題，進(jìn)而減少鋼廠含鋅煙塵原料用量，降低鋅、銦和鉛的殘余率。

36、(3)本發(fā)明提供的旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法，所采用的鈦棒具有較好的抗腐蝕性，避免了傳統(tǒng)的不銹鋼棒在旋流精煉后發(fā)生陽(yáng)極溶蝕，可持續(xù)循環(huán)利用，只需要在鈦棒上重新澆筑鋼廠含鋅煙塵即可得到新的旋流精煉陽(yáng)極柱，降低成本，便于大批量生產(chǎn)，能夠帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有良好的應(yīng)用前景。

37、(4)在低濃電解液中進(jìn)行旋流精煉，條件溫和，對(duì)設(shè)備要求低，降低設(shè)備損耗和維護(hù)成本，與鹽酸電解液中進(jìn)行旋流精煉相比，能夠避免陽(yáng)極析氯反應(yīng)對(duì)含鋅煙塵浸出的干擾；所用低濃電解液大大降低酸耗，且旋流精煉過程中不引入任何雜質(zhì)，無(wú)二次污染，便于后續(xù)廢液的處理。

38、(5)本發(fā)明提供的旋流精煉梯級(jí)回收鋅、銦和鉛的方法得到純度高的粉狀陰極產(chǎn)物，即zn、in和pb的單質(zhì)和/或氧化物便于后續(xù)的應(yīng)用和加工，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。