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第盟卷第3 期 2000 年8 菇 有色金属 N O 黼R 鬟o t 嚣M E T A L S V 0 1 ．5 2 ，N o ．3 A Ⅲm2000 旋转圆盘法研究锌片置换除钴的影响因素 郭忠诚，杨厦万 昆明理工太学冶金系，昆明6 5 0 0 9 3 攮要研究了锌寓予，攫拌遗囊、罄藏p 辩以藏滠寝等霹锌冀蹙换骧链辨影噙西素．结攀壤骧，锌毒手对锌橙净诧赫 钻骺嫡较夫，当羲裴铸落液串不言辞离子时，薜耱畿按棘诘较蓦进符；辑茇，当礴鼗钴露藏率台棒辩子耐．锌粉鬻换豫牯较难 进行．当面臣酸锌溶液滏鹰低于7 5 ℃时，锌片置换陈储的速率较低髓溶液p H 值的降低，髂钻效率升高．但如幂溶痕p H 值 太低．锌糟耗量太大．肆致生产成本增加．故在工业嫩产中．溶澈p H 值应保持在3 ，8 ～ 5 之间． 关键词旋转卿盘法；硫酸锌溶藏；狳钴 孛翔努粪号T F 8 0 3 2 ．5 文藏橼浃码A 文章编号1 0 0 1 6 2 1 f f 2 0 0 0 0 3 - 0 0 4 8 一氍 锑盐净液除钴的机理多认为是由于般电池的作 用 嚣墨溶液中寿锑存在薮锌羚串在瓣肄，镣母诺 就形成微电池．锌作为微电池的阳极，锑作为阴 檄。由于铺在锑上具有较小的超电位，于是柱电化 学作用下镑羚联粒孛瓣锌涛舞，薅链戴在趣壤经较 小的锑上析出，沉淀在对钴具有趣好亲合力的锌周 阑．这样，锑使锌更快地溶解，并起到供给电子的 作用，藤链离子则接受电子变成金羼辑出，扶薅被 锌耪置换除去。 M a k i m o t o “3 采用z n S b P b 合金除锚，认 为净液除锚艇应是 在舍金豹锑上发生 C 0 2 J _ 2 e C o 在舍金的锌上发生 Z n ～2 e Z n “ 徐承坤。等人通过断电流、短路电流和慎电 位阳极溶解电流等手段。研究了硫代锑酸钠和铜离 子在锌糖净恁狳蘩率辫器诧撬理，故鸯在置按避翟 中，硫代锑酸钠和C o2 共沉积形成金属简化合物 C o S b 2 、C o S b 。使沉积物中c o 的电位变正，提高 了锌粉除链瓣热力学接罐力。网时。使沉积镪中瓣 铺不易返溶。 本文采用旋转圆盘法探讨锌片鬣换除钻的影响 鼹囊． 1实验方法 1 ．1 实验原理 旋转溷簸法其舂崔一个广泛麓范围蠹茬涮秘致 收藕日期1 9 9 9 0 9 - 2 8 作者简介韩忠减，男，敬授，工学博士 变传质速率的能力，困蕊在对流扩散体系中月} 予研 宠邃投复应豹裁力学霸辍建。当嚣擞旋转辩，象将 溶液垂直地投向盘底，然后把溶液向外抛出。 圆盘的传质速率由下列公式决定 4 0 ．6 2 D 勺。‰1 气黾一c ；0 1 式中J i 一物质i 流向嘲盘表面的扩散通量； D 物质i 的扩散系数； ，～溶渡牯度； ∞一圈盘转速； G 。物质i 在溶液中的浓度； Q 物质i 在反应界面上的浓发。 巍于在反盅券瑶上，耨骧i 的传菝过程受到辍翻， 敞c 。近似等于0 ．因此．上式可写为 。 Z 0 ．6 2 ／9 唧’1 ％“魄 2 耄2 式霹期，在一定滠褒纛基力下，D 、y 势常 数，所以，物质i 的扩散量．，。与圆盘转速m 的平 方根成正比，与物质i 的浓度成正比。由此可见， 挺薅嚣盎转速霹璜魏舞获i 菠l 每反藏囊瓣耱质豢。 1 ．2 赛睦过强 试验在5 0 0 m l 烧杯中进行。烧杯日用塑料帮封 翅，中趣甓鸯一毪，保谨溶渡体积蒸奉无变钯。将 烧杯置于玻璃恒温浴串。温度由W M Z K - 0 1 型摄 臌指示仪测定。波动范围0 ．5 ℃。通电后将试 液温度舞到攒定温度对，癌动A T A - I A 旋转豳盎 褫，将转速调至预定值，并并始诗时，每隔l h 取 一次样。溶液中的钴用溉硝基红盐，7 2 1 型分光光 度计比色法测定。溶液p H 值用P H S 一3 C 型酸度 诤游鑫，蓑转霾盘转速杰转盘撬鑫凌显示，簿隔 1 5s 显示一次． 万方数据 第3 期韩忠诚等旋转圆彀法研究锌片置换豫钻的蟛响魏幕 4 9 1 0 实验霖辩 试验原料取岛菜钳锌冶炼厂净波车间，溶液为 次净化后液，其中成分如表l 蠢盱示。活纯剂为 S 啦魄，圆盘壹强5 c m ，瓣辩巍电簿钵片，锌 跨擞毙 成镜面，其中一面用聚酯滚覆盖。 表1 次净诧鑫液戒 m g 月已 T a b l el C o m p o n e n t s o fz i n c s d p h a t e s o l u t l o m a r e * s e c o n d 弘谢＆蜘 2 结果与讨论 赫锌鬻子对锌冀誉换豫锚的挪辅橇瑾 实验条件用2 0 0 0 m l 烧杯两个，各加1 0 0 0 m l 蒸馏水，其中一个配入1 9 锌离予，两烧杯中备配 入1 2 m g 链离子。在s 5 ℃及5 0 0 r ／m i n 躲条锌下遴 行试验。试骚结果如豳1 所永。 结皋裘暖，锌离予对除链影魄较大，在有镑离 子存在的条件下，除祜效粜较差．Z n 2 乏所以会 砖C 0 2 藏毫产蹩撩裁转援，箕簌鞭是键耩出拜誊转 随着H 还原导致电极表藤附激p H 值身滴， 2 r 丑2 生成虢凌硫酸锌暖辩在电檄表搿撺翻C 0 2 的 进一步放电．沉积产物的x 射线衍射凰表明，攫 沉积物表新主要宥3 Z n O H 2 z n s o , 5 H ，o 和Z n 存在，兹终，寿步霪静C o S b ， 2 ．2 搅拌遴度对际钴的影响 试验条谗糍2 0 0 0 m l 烧搴l 孛挪入蒸绥瘩 1 0 0 0 m l ，配 1 2 m g 钴离子。结果觅如图2 a 所 示。 溶液幂禽Z n z 时。在同一温度下，不同转蘧 掰撂试验绩暴基本一致，说孵转速 瓣撼捧速 度 对置换除钴无影响．图2 ㈣是将蒸馏水换成 含锌离予1 3 艳盈的硫酸镣溶滚静试骚结罴。 苫 静 蠕 撞 0 睡 嗣1锌离子浓度对腺链的影响 科々1 一毽2 ～1 F 皓lE f f e c t so fc o n ∞n t r a t l o mo f 瓠i o n sO nC Or e m o v a l 嬲2 攮拌转薅疑溅度对躲镀的影睫 f 辫E 酶吣o fa a t i o nm t ea n d 妇印咖O nc o b l l tr e m o v a l 转建蜘啦 辩显壹℃◆2 。毽戢■5 0 0 , 籀；△2 0 0 , 糍x ，晦貅 由罄可知麓前述栩反，在含2 舒 韵溶液中同S b 2 0 ，酶试骚结果．从图中可以看出，在一定温度 一瀑嶷下，不翔转速辫褥结果毽举一撵。滏嘲转下，搅拌转速对狳镶黪穗较太，l l 嚣艇攘AS b 0 3 速时嚣换除钴有影响．这主袋是因为在钴离子析出后。与图2 a 相比。除锚效果增加。随着搅拌转速 时伴随有} 王 被述琢，导致邀极表鬻辩避p H 缀舞 鸹提裔，链被置换的程发越高，速说朗总反藏受扩 高，出于溶液中Z n 浓度较高，躐藤在电极辩近 散控铡。 Z C 生戒碱式虢酸锌寝辩程电投袭面，溶液巾静胬3 0 燕低温条粹下，搅拌转速姆豫锸效率之 锚离子必须扩教穿过此碱式硫酸锌滕才能达到锩粉闻的关系。由图3 a 和3 b 可知，农转速釉其他 表灏，从瓶阻薹譬了锸离子的进一步掖置挽．困她，条件相同庙孽情况下．低握和高温置换j l 籍钴的厦应机 器糍通过拥强搅拌改善传瑗 才耱让链离子更好逵理劳琴一群，当转速蕺予S 0 0 r t m i n 瓣，在转速撵 被鬣换．圈2 ㈣是在硫酸锌溶液中加入2 r a g ／L同的条件下，低温时置攘除锗弼能摄化学反应控 孓～瓣举髓 万方数据 有色金鼹 第5 ，璐 i 量 ； 墓 量 蔷 鋈 蹦3 搅拌转速对豫链豹影冁 t 转遗 r ／n f i n ◇2 0 0 , 口f o r , △姚1 3 0 0 0a8 5 ℃．b ．5 0 ℃ F i g ．3 E f f e c t so fa g i t a t i o nr a t eo i lc o b a l tr e m o v a l 2 站 嚣t 3 7 9 ／L ；S b 热 2 n g ，L ；C o z l 瓤蟛L 制，但还要参照活化躺作出最后的判断。而高温时 是黻扩教控翻为主，嚣当转速夫手8 0 0 r ／m l n 时， 高温置换过程可能是化学控制。 由渡固棚传震枧穰可知。嘲液两稿阉的滑动猩 稽弊表面处的流体中产生一个鼹流边界层，其有效 厚度取决于滑动速度和锌粉颗粒尺寸的太小。固液 瓣秘接质主簧阻力产艇于通过逮一逮舞痿漉膜翦扩 散．边界层流膜的厚度、溶质分子的扩散系数和液 体的粘度都影响固渡棚闻传质的速率。雀高温条摊 下，羲酸锌溶液篱予低糖座藏体，嚣藏减小透赛痿 流膜厚度以加快传质过程是唯一可以考虑的因豢． 搬文爨裁逮发可鞋减夺逮冥层溅骥斡鼙发，医藏霹 以加快置换阎液相间的传质过程。总之，在用 锌粉、锑盐深度净化硫酸锌溶液除钴的过程中， 由于在C o2 耩毒静麓辩壬l 巍被还藤藏氢嚣予， 导皴在电极袭面附近的p H 值升高，络果2 砰 水 解擞成碱式硫酸锌沉淀丽吸附嶷电极表露，形成一 层黻挡貘，阻止了C o2 的进一步置换析出。为了 让威应继续下去。必须提高搅拌转速，以消除这种 匪糖骧妁影噙。毽瑟，哭毒当搅拌转速遮裂一定镳 后，整个置换反应才会由扩散控制转变为化学控 崩， 2 ．3 硫酸锌溶液p H 镶对豫锗魏影响 溶液p H 值对除储的影响结果如图4 所示。随 善游渡p H 德的痒摄。稼链效攀舞熹。艇是在一般 情况下，随着净化时悯的延长，p H 值袅升高。由 于溶液中含有大量的翩2 离子，若溶液p H 值升 高，特鬻是幽于壬王 豹还琢造蔽锌餐麓疆螽郄p H 值上升．Z n z 离子水解生成城式硫酸锌沉淀，而 吸辫程电极裘甄阻碍“r 镳离子瓣进一步被置换，散 亭 替 掘 燕 t ／r a i n 圈4 坩I 值对豫锚的影响 p H 1 - - 5 ．q2 - - 仉3 - - 3 ，0 ’4 2 0 F i g ．4E 鼬o fp Hv a i m so nC or e m a v a l 2 甜 1 3 7 9 ／L , s h o , 细g ／L ；c 妒 1 2 m g ／L 游菠蠲燕舞囊会导致狳链效攀海磊。壤反，羲潞 浪p H 值低，电极表面生成碱斌硫酸锋沉淀的可能 性小，因此，除钴效率高。然而，在寅际生产中， 魏暴溶液p H 毽太舔。锌粉耗蟹太大，导致生产成 本增加。所以，在工业生产中，溶液p H 值应保持 在3 。8 ～4 ．5 之闻， 2 ．4 溶液溅度对除锚的彩响 溶液温度对除钴效率的影响如图5 a l b 和 ◇酝暴。疆善溢整翦舞亵，狳链效榘较努，当 温度低于6 5 ℃，除锚效果较菠．另外，从图中可 以麓出，在捆同温凄下，除键效果随搅拌转速的 提高面增加。 3 结论 1 钵离子对粹粉净化除钴影响较大，当硫 酸钴溶液中不含锌时，锌粉置换除钴较易进行；相 复，当硫酸锚藩滚中禽锌对，锌粉鬟挟涂锫较赡进 行。其原因是钴析出时伴随蔚H 还原，导致电 极褒蠢附近舄部p H 俊舞裹，趣2 生娥碱式硫骥 万方数据 幕 僻 嚣 柱 第3 靳韩忠诚等旋转圈盘法研究镑片鬟换躲话盼影响爨囊 5 l 潦讫时耐细曲 围S 瀵度对鞭然效果的影螭 W | 各毽珏；知一* i 甜科；S b A 獬转建删a ．5 峨b ．执也n ∞ F 辑5 E f f e c t so ft e m p e r a t m e0 1 1c o b a l tt e m o m li n 龇s u t p h a t es l u f i o m C o ”a 1 2 ∞刚；z “”黑1 3 7 9 ／I ；s b ，觑 2 刚 锌蔹鬻在毫棱寝蕊捧制C o2 的避一参放电。逸就 是实际生产中硫羧锋溶液锌粉净纯除锚雅的本质所 在。 2 当魇艨温度低于7 5 ℃时，锌粉蹙换除 钻辩蘧率较低。霭此，篮换反应的温度应精于7 5 ℃。 盛换沉淀渣的X 射线分析表明．S b p ，与钴共 沉积，形成垒属闻纯会骢C o S b ，撼赢了锌辫置换狳 诘的热力学摊动力。 参考支靛 l 醚捌懒D J , 醚融 B r ．R c sR c p ，1 9 7 3 , 翻磅2 1 2 豫零坤等．券嘏工学端学浆，1 9 S 7 , 辫2 9 E F F E C TF A C I o R SO FC O B A I T 盈E M D V A LU S I N GZ 小i C a 赜鳃淤潆 舶5 0 Nl I YR 拶黝曩聃憋l 掇站a 嘣臻l 翘淑y G U O 刁’嘲曲- 嘞F A N G 蔗∽h ∞“ f 毋神啪积o fM e n g A u r O y , 赫日岫孽轴撖- 姆o f ＆妇搿霸硪囊幽蝴燕_ 摊自样酷0 篦秽 E f f e c t so fz i n ci o n s ，a g i t a t i o nr a t e , p Hw z d u e sa n dt e m p c r a t n l ≈so fz i n cs u l p h a t es o l u 蛀o n sO nc o b a l tl 鞠∞和 a lb y 商1 cc e m e n t a t i o nh a v eb e e ns t u d i e d ．R 然u 蛾s h o wt h a tz i n ci o n sh a v eac o u s i d e m b t ee f f e c t0 1 1c o b a l t r e m o v a lu s i n g 瓤p o w d e r , I ti se a s y 协翘豁辩谨c o b a l tb yc e m e n t a t i o nu s i n gz i n cp o w d e rw h e nt h e r ea l en o t a n yz i n ci o 黼i nc o b a l ts u l p h a t es o l u t i o n s ．O nt h ec o n t r a r y ．i t 螽h a r dt 0r 勋D 懈c o b a l tf r o mc o b a l ts u l p h a t e s o l u t i o n sc o n t a i n i n gz i n ci o n s ．R a t eo fc o b a l tm m o v u lu s i n gz i n cp o v 陆rd 践舶膂9 嚣w h e nt h et e m p e r a t u r eo f z i n cs u l p h a t es o l u t i o n si sb e l o w7 5 ℃．R a t eo fo o b a l tr o z b v a li n a e a s e sw h e nO Hv a l u s e so ft h es o l u t i o n sd e - 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