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Zn(Ⅱ)-NH_3-NH_4Cl-H_2O体系制备高纯锌理论及应用

杨声海  
【摘要】:本文针对目前氟、氯、铁等杂质元素高的氧化锌物料、氧化锌矿常规方法难以处理以及无汞合金锌粉用高纯锌必须由0号锌用真空蒸馏或精馏法生产的问题。首次在Zn(Ⅱ)-NH_(3-)NH_4Cl-H_2O体系中,直接由复杂的氧化锌物料和锌焙砂生产高纯锌。对Zn(Ⅱ)-NH_(3-) NH_4Cl-H_2O体系计算并验证了浸出过程热力学数据、绘制了净化过程电位-pH图、确定了电积锌时阴阳极的电化学反应动力学方程、最佳电解工艺条件以及添加剂对阴极锌形貌与晶体生长方向的影响,并把基础理论用于指导处理锌焙砂与炼铅炉渣烟化炉氧化锌烟灰生产高纯锌的实践,进行了实验室小型试验和100t/a的半工业性试验,均获得成功。 根据同时平衡原理和溶液电中性原理,进行了Zn(Ⅱ)-NH_(3-) NH_4Cl-H_2O体系热力学计算,绘制出ZnO在NH_(3-)NH_4Cl溶液中的溶解度图。揭示了体系中锌的溶解性能及高溶解度区域,发现ZnO在NH_(3-)NH_4Cl水溶液中的溶解度比在同浓度的NH(3-)(NH4)2SO4或NH_(3-)(NH_4)_2CO_3水溶液中溶解度要大。在[NH_3]/[NH_4Cl]1时,锌平衡浓度随氨浓度的上升而迅速升高,但到[NH_3]/[NH_4Cl]1后,几乎不再上升。在NH4Cl 5mol/L的条件下,随氨浓度的增加锌的配合物由ZnCl_i~(2-i)占优势逐渐转变成几乎全部为Zn(NH_3)_4~(2+)形式存在。ZnO在NH_(3-)NH_4Cl溶液中的溶解度验证实验表明,在不同的氨和铵浓度下,锌平衡浓度计算值与实际测定值的相对偏差的绝对平均值为11.37%。 在浸出过程热力学计算的基础上,根据各杂质元素的精选配合物常数,计算出E_(Men /Me)-pH关系,绘制了Zn(Ⅱ)-NH_(3-)NH_4Cl-H_2O体系净化过程的E-pH图。发现了即使溶液中杂质元素浓度Me~(n+)10~(-6)mol/L(Me表示Cu、Ni、Pb、Co)的情况下,E_((Cu~(2+)/Cu)、E_(Ni~(2+)/Ni)、E_(Pb~(2+)/Pb)及E_(Co~(2+)/Co)与E_(Zn~(2+)/Zn)的差均大于0.3v,因此锌粉可以很彻底的置换它们,而E_(Cu~+/Cu)与E_(Zn~(2+)/Zn)相差较小,因此置换前应尽量使铜以Cu~(2+)形式存在。E_(Cd~(2+)/Cd)、E_(Co~(2+)/Co)与E_(H~+/H_2)比较接近,在常温净化的情况下,不会发生酸法炼锌过程中锌粉置换时镉反溶现象。 进行了Zn (Ⅱ)-NH_(3-)NH_4Cl-H_2O系电积过程阳极反应的理论分析和实验验证,确定了该体系阳极反应析出氮气。用稳态极化法研究了Zn(Ⅱ)-NH_(3-)NH_4Cl-H_2O体系电积过程中阳极与阴极反应电极过程动


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