用于纯化氧化锌的方法技术

从含有金属和金属化合物的混合物的原料中分离锌的方法。所述方法包括用浓缩的碱性溶液浸取含有锌的原料，可选地用足以减少浆料粘度的量的水稀释浆料由此有助于从不可溶的材料中分离含有溶解的锌的母液，从所述母液分离不可溶的材料并且通过向所述母液加入反溶剂而从所述母液沉淀氧化锌。所描述的方法还提供所述碱性溶液和反溶剂的循环使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于纯化氧化锌的方法
技术介绍
湿法冶金是将贵重的金属物质从其他较低价值的材料中分离的方法。所述方法涉及将贵重的金属物质溶解到水溶液中，然后将其与不可溶残余物分离。为了提高离子的溶解速率和增加溶液中金属离子的负载，通常的做法是使用酸性或碱性溶液。特别有用的碱性溶液的实例是氢氧化钠在水中的混合物。也可以使用其他碱性材料，但氢氧化钠相对较低的成本通常使得它成为最经济的选择。负载有溶解的金属的水溶液称为“母液”。可以通过一种或多种方式从母液中回收溶解的金属，其包括：电解、中和和不混溶溶剂萃取。用湿法冶金方法来回收贵重金属已经有几十年。下文的讨论和实例都是基于从混合原料材料回收氧化锌。碱性可溶的氧化锌是从非碱性可溶的材料中分离的。非可溶的材料包括（但不限于）金属和金属氧化物，例如铁、氧化铁、镍、钴、贵金属和非金属氧化物诸如二氧化硅。在关于从含有锌的原料混合物中回收锌的文献中，有若干种方法。这些方法通常包括三个一般步骤：1.通常在升高的温度，将含有锌的原料与稀释的碱接触，以选择性地溶解锌2.通过过滤、离心或其他方式，从碱性溶液中分离浸取残余物3.通过电解提取、中和或其他方式，从碱性溶液（母液）回收锌。在这一方法中最困难的步骤通常是从母液分离中浸取残余物。母液中悬浮的细粒子很难彻底去除。相对高的母液粘度和表面张力使得通过过滤或离心去除这些细粒子极其缓慢。但是，如果所述粒子没有基本上完全从母液隔离，那么之后它们会在下一步骤中污染富锌产物，导致整个纯化方法无效。J.Frenay等人的题为“通过Cebedeau方法从电炼钢尘中回收铅和锌（RecoveryofLeadandZincfromElectricSteelmakingDustbytheCebedeauProcess）”的文章总结了将锌从碱性不可溶物质分离的商业和中试规模的尝试。高度浓缩的碱性溶液的高粘度通常将商业操作限制在大约25–30重量百分比碱的最大浓度。湿法冶金加工的成本在很大程度上依赖于母液中溶解的金属物质的负载或浓度。当负载增加时，必须被加工以产生给定量产物的液体的量减少，同时节约了设备和运营费用。较高浓度的碱允许溶液中碱可溶金属的较高负载。然而，较高浓度的碱也产生显著更粘稠的溶液。这较高的粘度阻碍了下游加工，包括将母液从浸取残余物中分离。已开发了许多方法来利用湿法冶金从各种废料中回收锌，但很少在商业上是成功的。在很大程度上，这归因于从母液中回收溶解的金属物质的高成本。典型的金属回收策略包括：●电解，其中流动的电流将金属离子还原为金属并将金属原子镀在电极上。●将液体中和到接近中性的pH值，以沉淀各种金属的盐、氢氧化物或氧化物。●用不混溶的溶剂萃取金属离子或络合物。所有这些金属回收的方法都是相对昂贵的。●电解需要大量的电流以将金属从较高价态还原为金属。此外，如果金属氧化物是所期望的最终产物，那么碱金属必须经受氧化加工以产生氧化物形式。●母液的中和需要大量试剂。中和方法有效地破坏了液体以便进一步提取，并产生了必须处理的废盐流。●使用不混溶的溶剂（例如掺杂有机胺的煤油）的提取通常需要大量过量的萃取溶剂以及昂贵的后加工以从所述不混溶的溶剂中回收金属。Lemaire的美国专利第4,005,061号公开了使用可混溶的溶剂从废弃电池的锌/空气电解质除去锌的方法。在'061专利中引用的单一材料的特征为“废物”，然而，这一化学系统，实际上，是包含氢氧化钾和锌酸钾以及几个百分比的碳酸钾和痕量杂质的废料。所描述的系统涉及具有锌负极的电化学蓄电池，并且因此，与作为本申请主题的冶金废物和副产物材料不同并且远不如其复杂。电解质是废弃的，仅仅因为金属锌粉末已被空气氧化为锌酸钾。它没有与其他材料混合且仅发生一个简单的化学反应。另一方面，冶金废料和副产物，废弃催化剂等，通常是包含若干显著浓度的不同化学元素的络合混合物，并且它们通常还含有若干不同的阴离子。在这些材料中的复杂性需要额外的加工步骤以将所需化合物与杂质和不需要的化合物分离。此外，没有所描述的方法在其他类型的系统，尤其是更复杂的系统，或者在其它的两性化合物的回收中有用的指征或建议。含有两性金属的不同化合物的溶解度可以显著变化。例如，硫酸铅仅溶于热的浓缩的氢氧化钠溶液，而硫酸锌即使在室温下也易溶于25%的NaOH。卤化物的溶解度在室温下显著下降到约35%苛性碱（caustic）以上。
技术实现思路
本申请涉及从金属、金属氧化物和其他材料的混合物中回收锌和氧化锌的方法。根据某些实施例，所述方法包括：1.将锌溶解到碱性溶液中，其通常具有足以溶解锌但仍然抑制或防止卤素、盐和其他不需要物质的溶解的浓度。2.从未溶解的材料分离含有溶解的锌的碱性溶液。3.纯化碱性溶液以除去可溶于碱性溶液中的不需要的非锌材料。4.用可溶性反溶剂，例如甲醇，沉淀锌。5.通过分离技术，例如蒸馏或结晶，以回收适于在所述方法中循环使用的碱性溶液和反溶剂，来再生碱性溶液和反溶剂。这一方法的主要优点是反溶剂降低了氧化锌在碱性溶液中的溶解度，而不破坏碱。它不会如酸一样将其化学毁坏。这使得可以很容易地再生碱性溶液和反溶剂两者，以在所述方法中循环使用。这一方法的另一个优点是稀释事件中用水将具有锌的溶液过饱和的能力是必要的以使固体能够从母液中分离。如本文所公开的湿法冶金方法可以提高母液流中锌的负载，从而提高了湿法冶金方法的容量，同时避免大的粘度增加，以使得下游的操作可以继续畅通进行。通过首先将锌或氧化锌与浓缩碱性溶液接触（如果锌是金属的，那么必须也加入氧化剂以氧化锌），然后用水稀释溶液来达到所期望的粘度，可在相对低粘度的碱性溶液中获得非常高浓度的锌。根据某些方面，所获得的金属负载量是通过简单将金属或金属氧化物与稀释的碱接触的金属负载量的大约3至5倍。人们以为通过将水添加到浓缩的碱性溶液并降低碱的浓度，所述系统将成为所溶解的金属离子过饱和的并会产生沉淀。申请人已经证实，相当意外地，所期望的金属离子保留在溶液中并且在随后的加工过程中不沉淀。附图说明图1是在NaOH在水中不同浓度下，实验性测定的氧化锌在碱性溶液中的溶解度的图表。图2是根据本专利技术的一个实施例说明回收氧化锌的方法的流程图。具体实施方式在相关部分中，引用的所有文件都以引用方式并入本文；任何文件的引用均不应当被解释为承认它相对于本专利技术是现有技术。描述下面的方法用于从混合原料材料的中收氧化锌。如果其它金属和金属氧化物与锌分离则价值将大大增加，本领域技术人员中也可以将这些技术应用于从其它金属和金属氧化物，包括镍、钴、锰和铜中，分离氧化锌。所描述的方法也可用于在锌的生产过程中取代常规的锌纯化。将含有锌的原料材料与碱性溶液例如氢氧化钠溶液混合。如果锌是金属的，那么必须也加入合适的氧化剂，例如空气，以将锌氧化为Zn+2。溶解的金属的较高负载通常是通过较高浓度的碱实现。根据本专利技术有用的碱是无机碱，其在水中高度可溶（至少25%重量计）并产生OH的增加，而阳离子不与锌形成络合物。可使用的碱的具体实例包括但不限于，碱金属碱，例如氢氧化钠，氢氧化锂和氢氧化钾。图1是说明在NaOH在水中不同浓度下，氧化锌在碱性溶液中的溶解度的图表。氧化锌与氢氧化钠溶液的反应可写作：ZnO+2NaOH+H2O→Na2Zn(OH)4在摩尔基础上，两个钠阳离子与每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含有金属和金属化合物的混合物的原料中分离氧化锌的方法，包括以下步骤：a.用含有超过25重量%的碱的浓缩无机碱性溶液浸取含锌的原料，并且在锌作为金属存在的情况下氧化含锌的原料，以形成浆料，其中所述碱含有不与锌形成络合物的阳离子；b.可选地，用足以降低所述浆料粘度的量的水稀释所述浆料，由此有助于从不溶解的材料中分离含有溶解的锌的母液；c.从所述母液中分离所述不溶解的材料；和d.通过将反溶剂加至所述母液而从所述母液中沉淀氧化锌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.09 US 13/229,1881.一种从含有金属和金属化合物的混合物的原料中分离氧化锌的方法，包括以下步骤：a.用含有超过25重量％的碱的浓缩无机碱性溶液浸取含锌的原料，并且在锌作为金属存在的情况下氧化含锌的原料，以形成包含含有溶解的锌的母液的浆料，其中所述碱含有不与锌形成络合物的阳离子；b.用足以降低所述浆料粘度的量的水稀释所述浆料，由此有助于从不溶解的材料中分离所述含有溶解的锌的母液；c.从所述母液中分离所述不溶解的材料；和d.通过将反溶剂加至所述母液而从所述母液中沉淀氧化锌，所述反溶剂是甲醇、乙醇或丙醇。2.如权利要求1所述的方法，还包括：e.回收所沉淀的氧化锌。3.如权利要求2所述的方法，还包括：f.再生所述碱性溶液和所述反溶剂，用于再次使用。4.如权利要求3所述的方法，还包括：g.重复步骤a至f。5.如权利要求1所述的方法，其中所述浸取的步骤在高于环境温度且低于或等于所述浆料的沸点的温度进行。6.如权利要求1所述的方法，其中所述浸取的步骤在高于所述浆料的正常沸点温度的温度且高于1大气压的压力下进行。7.如权利要求1所述的方法，其中所述碱性溶液包含氢氧化钠。8.如权利要求7所述的方法，其中氢氧化钠溶液包含重量计高于35％的NaOH。9.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料用水稀释至35％碱性的当量浓度。10.如权利要求9所述的方法，其中所述浆料稀释至25％碱性的当量浓度。11.如权利要求1所述的方法，其中向每一个体积的母液添加一至五个体积的反溶剂。12.如权利要求11所述的方法，其中所述反溶剂使得所述母液中多于90％的金属氧化物沉淀。13.如权利要求1所述的方法，其中步骤c还包含在将所述母液从所述不溶解的材料中分离之后重构所述母液。14.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·劳林，S·C·帕斯派克，
申请(专利权)人：卡纳杜斯化学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US