一种组合式长期稳定运行的氯化铵法电解锌工艺流程
阅读说明：本技术 一种组合式长期稳定运行的氯化铵法电解锌工艺流程 (Combined type zinc electrolysis process flow with long-term stable operation by ammonium chloride method ) 是由 彭勃 罗彦 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种组合式长期稳定运行的氯化铵法电解锌工艺流程,包括浸出、净化、电解主流程和超杂质原料循环粗洗涤、过量钙镁沉淀、氧化杂质过滤辅助流程,两个流程并行布置和连接,可独立工作,互不影响。本发明通过主辅流程的配合,以全流程、控温、紧凑并串布局、多工段、同步/异步和多种手段,控制电解液质量的稳定、解决复杂原料带来的多元素干扰,特别是氯化铵法电解锌长周期稳定高效运行的难题,对氨法处理高氟氯、高杂质含锌原料,和含锌钢铁、冶金烟尘等二次锌资源的环保、及资源再生利用具有积极的环保和经济意义。(The invention provides a combined type zinc electrolysis process flow by an ammonium chloride method with long-term stable operation, which comprises a main leaching process, a main electrolysis process and an auxiliary super-impurity raw material circulating coarse washing process, an excessive calcium and magnesium precipitation process and an impurity filtering auxiliary process, wherein the two processes are arranged and connected in parallel and can work independently without mutual influence. The invention controls the stability of the electrolyte quality by matching the main flow and the auxiliary flow and by means of full flow, temperature control, compact parallel-serial layout, multiple working sections, synchronization/asynchronism and multiple means, solves the problem of multi-element interference brought by complex raw materials, particularly the problem of long-period stable and efficient operation of zinc electrolysis by an ammonium chloride method, and has positive environmental protection and economic significance for treating high fluorine chlorine and high impurity zinc-containing raw materials and secondary zinc resources such as steel, zinc, metallurgical dust and the like by an ammonia method and recycling the resources.)
技术领域
本发明涉及一种组合式长期稳定运行的氨法电解锌工艺流程，特别是涉及氯化铵法电解锌的长期稳定运行的工艺设备组合和工艺流程，解决当前氯化铵法电解锌工艺难长期运行、电解效率随时间推移下降和失效的问题，属于湿法冶金领域。
背景技术
氯化铵法电解锌技术是一种十分有效的含氯氨法电解锌技术，特别适用于处理含氟氯、含铁杂质高的含锌钢铁烟尘、电镀小灰和高炉、有色冶金炉烟尘富集产生的次氧化锌，以及高铁高钙镁氧化锌。氯化铵电解锌工艺从上世纪90年代由意大利EngitecnImpiant公司公开的EZINEX技术、邓良勋等公开的技术和文献，并实现工业化示范生产后，因其独特的选择性浸出和高宽容度（氟氯）电解体系而备受重视。但是，在实际应用实践中，因不同的工艺流程、布局和设备和控制条件差异，一般的存在锌片质量差，直收熔铸率低、生产成本高的不足的问题，特别是随着生产时间延长，电解液累积杂质升高、反应失衡，进一步降低了生产效率，产品质量和生产效益，使正常生产难以维系，影响了这一先进技术的推广。
本发明人发现这些问题产生的主要原因是：1.氯化锌铵体系比硫酸锌体系引入了更多的金属杂质离子、负离子和有机功能团，会在工艺过程的不同阶段、时间影响电解液和产品质量，进而影响电解的顺利进行和效率；2.目前氯化铵电解锌法的工艺流程和布局主要源于传统硫酸锌法的知识和经验，没有针对氯化锌铵法的特点进行设计和布局，在温度控制，杂质清除，和质量控制上不适应体系的要求； 3.工艺设备缺乏针对性的设计，没有充分反映氯化锌铵体系在选择性浸出、快速净化和高温电解方面的特点，与体系的要求匹配不当。总之，由于当前的工艺和设备缺乏针对性设计，存在体系不完整、布局不合理、设备不适应的问题，导致这项新技术的优势难以发挥，能耗高、锌粉消耗大、产品质量低的现状，特别是氯化锌铵体系本底溶液质量在循环过程中形成的其它杂质累积，使氯化锌氨电解体系的效能逐渐下降，不能满足氯化铵电解锌体系长期稳定运行的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合式氯化铵电解锌工艺流程和布局，可以实现氯化锌铵体系电解锌的长期稳定运行。
为了解决上述问题并达到发明目的，本发明提供的一种组合式长期稳定运行的氯化铵法电解锌工艺流程是这样实现的，根据氯化锌氨体系工艺特点和设备特点，把工艺流程划分为主流程和辅助流程，主流程负责持续生产，辅助流程负责独立调控溶液的质量，两个流程并行布局和紧凑的串并连接，既保持主流程独立持续运行，又能通过辅助流程对各工艺段的溶液质量进行控制，按杂质的性质和发生的可能性，在不同的工艺段以不同的工艺质量要求和手段，分类排除杂质，控制杂质的积累，将杂质种类和数量长期控制在正常电解条件之下，保证主流程电解过程长时间、稳定、低成本、高宽容度的运行，解决氯化铵电解锌工艺难以长期稳定运行的难题。
所述的主流程包括：循环洗涤浸出、组合净化、低蒸发长周期电积、混液/液固补氨再净化、低蒸发长周期电积、激冷剥板熔铸工段；所述的辅助流程包括：超杂质原料粗洗涤、高效氯盐蒸发器、钙镁沉淀槽、电解后液过滤器工段、有机氧化物聚团过滤/压滤机，激冷脱片槽，以及他们的组合。
进一步的，所述的超杂质原料前粗洗由压滤循环洗涤机组成，洗涤不以洗净为目的，只对含氯量超过6%的原料做粗洗，将含氯量控制在6%以下，对含氯量超过20-30%的洗液和沉钙镁后氯盐液，送脱盐蒸发器脱出氯盐，液体返回浸出。
进一步的，所述的循环洗涤浸出，浸出器可是整体或连续的，包含了澄清、浸出和洗涤段，浸出器是保温的，温度范围20-80度，容量为电解槽容量的3-8倍。
进一步的，所述的组合式净化，由2台或多台自磨式置换反应器和深度净化槽做多功能级联组合构成，以锌粉、锌浮渣置换出铅渣，铜镉渣，对置换剂进行迭代复用，以最大限度节约锌粉消耗，降低成本。净化是快速、高效的，粗净化时间小于5分钟，深度净化小于60分钟。
进一步的，所述的液/固补氨混液槽，整合了混液、补氨和再净化功能，可对浸出液进行氨水或固氨补氨，固氨补氨使用碳酸氢铵、碳酸铵，特别适用于不方便或不安全使用液氨的情况下，补氨控制温度不低于20-80度。
进一步的，所述的电解后液分路净化设计和组合，包括
1）、合格电解液直接进入混液和浸出段；
2）、连续运行超过15天的液体分路进入颗粒杂质过滤器，做过滤处理后会混液；
3）、运行一段时间，槽电压比正常状态上升10%后，分流部分液体做沉钙镁处理，处理后液钙镁含量控制低于15%。
进一步的，循环粗洗涤液氟氯含量超过25%后，沉淀钙镁后的高氟氯电解液送蒸发脱盐器脱盐，脱盐水返回浸出；
进一步的，其特征在电积完成后取阴极板，送激冷剥扳段，控制阴极板温度再0-100度之间，进行2-120秒快速降温，利用极板与锌片的不同膨胀率，做自动脱片/剥片，锌片剥离后送熔铸。
本发明的工作过程是 1、控杂质原料前处理系统（包括：超杂质原料粗洗涤、高效氯盐蒸发器），根据原料的含氯量，对原料做分路处理，对氯含量低于6%的原料直接去浸出工序，对超过6%的旁路送超杂质粗洗涤段做循环洗涤，杂质粗洗涤把含氯量控制在6%以下压滤/过滤后去浸出。粗洗涤是一个要求低，简单高效的水洗脱杂过程，当循环洗涤液含氟氯浓度超过20%时，开路沉渣后液送氯盐蒸发系统做脱盐处理，盐回收利用，脱盐液体回洗涤利用，渣与浸出渣汇合待处理；2、循环洗涤式浸出系统，是一个整体浸出槽，容量为电解槽容量的2-8倍，内分澄清、浸出和洗涤段。整体浸出具有容量、热容量大，溶液温度变化小的特点，有利于氯化铵浸出温度高、浸出速度快，容易过滤，浸出温度、时间对浸出率影响大的特点，配以以适当的ph值、浸出浓度和搅拌位置和速度控制，浸出槽上布置洗涤压滤机，在槽上对浸出渣做循环洗涤压滤，直到渣含锌低于3-15%后开路排渣，浸出液从澄清段连续排除，压滤后浸出渣回洗涤段进一步浸出，浸出液去净化段；3、组合式连续净化系统，净化是连续多段进行的，使用了《自磨式滚筒置换反应器和抗反溶多能级联净化工艺》专利技术，使用锌浮渣、废锌片/粒和锌粉做置换剂，得到铜镉渣、高铅渣，净化液送混液/补氨/再净化槽，混液补氨槽提供了一个灵活的接口，可以适应氨水或固氨补氨，并进一步控制杂质得到混合净化液；4、低蒸发长周期电解，电解以适当的温度、流量、pH值和电流密度进行，温度控温进行的，既满足锌铵络合物电解的要求，也为体系的热平衡提供了能量；5、电积完成后取阴极板，送激冷剥扳，激冷剥板技术由一系列技术诀窍和激冷池组成，可以实现自动脱片或剥片，锌片剥离后送熔铸，熔铸产生的锌浮渣返回组合净化器使用，锌锭打包入库。6、电解后液进入分配槽，根据电解液的杂质含量/连续生产时间做分路处理，其一，进压滤脱杂段排除各种杂质和成团有机物，澄清溶液；其二，进钙镁沉淀段做钙镁沉淀，降低液体钙镁含量，提高体系的导电性；其三，直接返回混液槽和浸出槽使用。对浸出前的原料处理、电解后的后液处理是分路或并行进行的，不影响主流程的生产进行和效率。
本发明一种组合式长期稳定运行的氯化铵法电解锌工艺流程，特点是：1、全流程质量控制：通过工艺和设备组合，对原料和电解液进行浸出前、浸出中、电解后的多段净化，保证电解液质量长期稳定；2、主辅流程紧凑灵活布局：主流程包括：连续洗涤式浸出、组合式连续净化、低蒸发长周期电积、激冷剥板熔铸工段；辅助流程包括：超杂质原料粗洗涤、高效氯盐蒸发器、钙镁沉淀槽、电解后液过滤器工段。电解主流程和净化辅助流程并行布置和紧凑的连接，最大可能的缩短连接路程和控温，控制电解液运输过程中温度下降＜5-8℃，各工段工作时互不干涉影响，独立可控；3、浸出前杂质控制：对超杂质原料先通过简单的控量洗涤，将原料氯含量控制在6%以下，既可以保证液体的基本质量，前端控制杂质减少工艺消耗，提高系统效率；4、浸出液组合净化：组合式净化最少2.5段，包括1段粗净化、1段深度净化和半段再净化，几乎所有的金属杂质粒子都在组合各段中，按要求得到净化，净化是快速、连续的，置换剂锌镉-铅-锌-锌镉迭代使用，节约锌粉，半段再净化是混液/补氨/净化的整合，控制金属和非金属杂质；5、电解后液净化：对电解后液中分解、氧化生成的杂质根据累积情况做两种处理，1是过滤，消除颗粒杂质和有机物聚团；2是对过量钙镁做沉淀处理，处理后液再汇入脱盐器脱盐开路，对系统液体质量保证做最后的质量控制；6、整个工艺和设备组合，主辅分设，连接灵活，不占空间，不增加额外的工作，完全在日常和正常的操作过程中实现本发明的目的。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不局限于实施例所描述的范围。
从图l可以看出，本发明将含锌原料按含氟氯量分为两路操作，1是含氟氯低于6%的直接进入洗涤式浸出段做浸出；2是氟氯含量大于6%进循环粗洗涤做粗洗，将含氟氯量降到6%以下；合格原料送洗涤式浸出段做氯化铵浸出，浸出的不同点是在浸出的同时，由一台洗涤式压滤机对浸出液做循环压滤，直到压滤渣含锌低于3-15%后分路排除；合格浸出液送入组合净化段，净化由一或多台自磨滚筒置换机做串行或并行连续粗净化，净化可使用锌浮渣或碎锌片，粗净化后液送深度净化槽用锌粉做深度净化，以实现快速、高效和节约；净化液送混液/补氨槽，混液补氨再净化，并与电解槽联动运行；低蒸发长周期电解是在控温、半密闭和无搅动或低搅动状态下进行的，电解时间大于36小时，锌片剥离以激冷式自动脱片为主；电解后液分三路处理，1是合格液送混液槽和浸出槽做循环；2废液去压滤过滤段做循环压滤排杂处理，处理后液回混液槽；3是疲劳电解液进钙镁沉淀槽做沉淀，沉淀后液送蒸发脱盐器可做进一步脱盐，恢复液体的活性。
例1、原料直接浸出
原料为次氧化锌，含锌41%，含铅4%，含氟氯4%，原料按4.5吨/小时的速度，经螺旋下料机或调浆后送入浸出槽，进行逆流洗涤浸出，浸出液固比8-12：1，浸出液含氯化铵4.5-5.5mol/l，温度30-90度，搅拌，浸出时间2小时，浸出液含锌大于37g/l，含铅3.6g/l，其它铜0.05g/l、镉0.3g/l、铁微量；
例2、超杂质原料粗洗涤后浸出
小灰：含锌61%，含铁5%，含氟氯15.5%，送粗循环洗涤压滤后，锌62.2%，铁5.4%，氟氯小于6%，送浸出；
例3、浸出液组合净化
浸出液：含锌37g/l，含铅5g/l，含铁微量，其它铜0.05、镉0.3，锌浮渣两级粗净化、锌粉一级深度净化，一级混液补氨再净化后液，锌38g/l，铅0.008、铜0.003、镉0.006，其它微量。
例4、电解后液过滤
电解后液（运行20天后）含锌20g/l，铜、镉、铅微量，颜色发黄，有漂浮物。电解后液过滤/压滤后，滤液干净透明，排除有机氧化物滤渣若干，滤液回混液或浸出段。
例5、电解后液沉钙镁
电解后液（运行2个月后），槽电压略上升，液体粘度有所增加，电耗增加。判断液体本体钙镁、氟氯增加。将溶液按1/2-1/10量开路进钙镁沉淀槽，加碳酸氢铵升PH值到10以上，搅拌反应，直到形成钙镁沉淀，过滤排除，液体回浸出或进一步做脱盐处理。
本发明通过合理的设备和工艺组合，分别在浸出前、浸出中和进出后，按原料、液体在不同状态和时间的变化，通过物理、化学手段剔除电解过程中的杂质，进而达到氨法电解锌系统长期、稳定有效的运行。
本发明主流程，辅助流程并行布置和连接，可以同时工作，互不干涉。而且，辅助流程是在必要的时候灵活介入，可以最大限度的减少不必要的消耗。
本发明实施例的描述，并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。