一種在微電流作用下制備海綿鎘的方法
【專利摘要】一種在微電流作用下制備海綿鎘的方法，具體以鋅板或鋅片為陽極，鈦網(wǎng)、鈦板、鋁網(wǎng)、鋁板、銅網(wǎng)或銅板為陰極，含鎘10-100g/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液，在電流密度為20-80A/m2微電流的作用下鋅板置換，得到樹枝狀海綿鎘。通過本發(fā)明的方法制得的海綿鎘中鎘的純度高、雜質(zhì)含量少。且本發(fā)明中的鋅板取自于鋅冶煉電積過程，剩余的反應(yīng)后液可直接返回鋅電積過程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝過程原料循環(huán)利用。本發(fā)明的工藝操作和裝備簡單，降低成本，與現(xiàn)行鋅冶煉過程結(jié)合緊密，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】—種在微電流作用下制備海綿鎘的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在微電流作用下制備海綿鎘的方法，屬于有色金屬冶金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鎘是一種重有色金屬，柔軟、富延展性、表面易氧化，在鍍鎘、制造合金、顏料、塑料穩(wěn)定劑、電池等方面應(yīng)用廣泛。90%的含鎘原料來源于鉛鋅冶煉中，有時(shí)也從廢鎳鎘電池中提取金屬鎘。目前提鎘的生產(chǎn)方法有鋅粉置換，氨法提鎘，鎘浸出液萃取分離，電積等。應(yīng)用最廣泛的工藝當(dāng)屬鋅粉置換，即利用鋅的活性大于鎘，加入的鋅粉作為微電池的陽極溶入液相，在溶液中發(fā)生置換作用，繼而向溶液深處擴(kuò)散并參與溶液的對流運(yùn)動(dòng)，使活性較差的金屬鎘置換出來。
[0003]傳統(tǒng)的鋅粉置換存在很多問題，如反應(yīng)速度慢；制得的海綿鎘較疏松，表面容易吸附鋅粉，夾帶的雜質(zhì)難于洗凈等；攪拌使海綿鎘聚集成團(tuán)時(shí)，易把鋅粉包夾在海綿鎘顆粒內(nèi)，加上硫酸鋅溶液一起被包夾，得到的海綿鎘純度較低，正是因?yàn)殇\粉置換過程中易產(chǎn)生包容現(xiàn)象，鋅粉的反應(yīng)并不完全，使得鋅粉消耗量大，海綿鎘品位低，不滿足一般電鎘生產(chǎn)的質(zhì)量要求；由于置換工藝中污染源相對分散，對周圍的水域、土壤等都造成一定的危害。電積法提鎘能夠有效地回收Cd、Zn、Cu等有價(jià)金屬，得到純度很高的產(chǎn)品鎘綿，但工藝流程長、工序多，且必須要有一系列的電解系統(tǒng)，投資成本很高，投資回收期較長，同時(shí)電解沉積過程電耗較高，周期長，電流效率不高，一般用于鋅粉置換后粗鎘的精煉。鎘浸出液的萃取分離適用于低濃度鎘的提取，且其對有機(jī)試劑的要求相對較高。
[0004]另外，在專利CN102492849A中，將所述的鎘渣氧化堆浸造液后鋅粉置換得到鎘綿，但其工藝流程復(fù)雜，鋅粉消耗量較大；而專利CN102517455A提出了銅鎘渣硫酸浸出-凈化除銅-氧化除鐵-鋅粉置換，較傳統(tǒng)的濕法處理，銅鎘渣流程簡化且對環(huán)境傷害小，但對鋅粉消耗量的減少效果不顯著；專利CN102649998A采用的萃取提銅連續(xù)吸附提鎘的方法，吸附級數(shù)多，工藝條件控制要求嚴(yán)格，對設(shè)備安全的要求也更高，僅適用于微量鎘的提取。
[0005]為此尋找一種操作簡單，提鎘效率高且產(chǎn)品鎘純度高又對環(huán)境影響小的工藝十分必要。近年來，半導(dǎo)體鎘的納米結(jié)構(gòu)的控制合成引起很大關(guān)注，如納米帶、納米線、納米管等，但對樹枝狀納米鎘的描述及涉及較少。且現(xiàn)有技術(shù)中一般會避免制備得到樹枝狀的海綿鎘，因?yàn)橄鄬{米帶、納米線、納米管等，樹枝狀海綿鎘中雜質(zhì)含量很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)鋅粉置換提鎘工藝中存在的鋅粉消耗量大、原料要求高、流程長、成本高、產(chǎn)品純度不高的問題，提供一種操作簡單、成本低、海綿鎘中鎘的純度高且易于工業(yè)化的微電流作用下制備微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘的方法。
[0007]具體技術(shù)方案
[0008]以鋅板或鋅片為陽極,鈦網(wǎng)、鈦板、招網(wǎng)、招板、銅網(wǎng)或銅板為陰極,含鎘IO-1OOg/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液，在電流密度為20-80A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為96質(zhì)量％以上；
[0009]其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積；
[0010]陰極和陽極的中心距為3-10cm ；
[0011]所述置換過程中的溫度為25_55°C ；
[0012]所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-4.5 ;所述置換的時(shí)間為2_6h。
[0013]采用微電流強(qiáng)化置換過程的進(jìn)行，微電流作用使鋅板表面鋅及置換后附著的鎘呈離子態(tài)，以致鎘綿與鋅表面分離，從而消除置換一段時(shí)間后鎘綿形成對鋅板的包裹和覆蓋，使反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行，大大減少鋅的消耗。
[0014]所述的反應(yīng)原液中，Cd為 10-100g/L, Zn ≥ 30g/L, Fe ( 10g/L, Mn ( 15g/L。
[0015]所述電流密度指陰極電流密度。
[0016]所述鋅板或鋅片為含鋅99 %以上的鋅板或鋅片。
[0017]所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積。不同表面積的陰陽極板形成了非均勻電場，陽極板電場強(qiáng)度小，使鋅陽極的溶解反應(yīng)弱于其與鎘離子的置換反應(yīng)，陰極僅有少量鎘綿和微量鋅及其他金屬析出。 [0018]所述陰陽極的排布方式為陰陽極交替排列，陰、陽極數(shù)目大于I時(shí)，陰極并聯(lián)，陽極并聯(lián)，陽極比陰極多I塊。
[0019]陰極的表面積優(yōu)選為陽極的0.5-1倍，陰極的長度優(yōu)選為陽極的0.8-1倍。
[0020]所述陰極和所述陽極之間的中心距為3-lOcm。通過控制陰陽極板間距的大小，可以避免鎘綿的膨脹影響反應(yīng)的進(jìn)行，減少中途撈鎘渣的工作，降低人工成本。
[0021]所述置換過程中的溫度為25_55°C，反應(yīng)原液為酸性體系。通過控制反應(yīng)溫度避免鎘的復(fù)溶。
[0022]所述鋅板的長度為100-800mm、寬度為50_800臟、厚度為3_10mm。所述陰極的厚度為3-10mm,所述陰極為鈦網(wǎng)、招網(wǎng)或銅網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)孔孔徑為5_15mm。
[0023]一次電置換未用完的鋅板在下次的電置換過程可繼續(xù)使用，直至鋅板溶穿。
[0024]電置換過程中陰極不消耗，可重復(fù)多次使用。
[0025]優(yōu)選的技術(shù)方案為:
[0026]以鋅板或鋅片為陽極,鈦網(wǎng)、鈦板、招網(wǎng)、招板、銅網(wǎng)或銅板為陰極,含鎘IO-1OOg/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液，在電流密度為40-60A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為98質(zhì)量％以上；
[0027]其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積；
[0028]陰極和陽極的中心距為3_5cm ;
[0029]所述置換過程中的溫度為40_55°C ;
[0030]所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-2 ;所述置換的時(shí)間為4_6h。
[0031]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為:
[0032]以鋅板或鋅片為陽極，鈦網(wǎng)、鈦板、鋁網(wǎng)、鋁板、銅網(wǎng)或銅板為陰極，含鎘IO-1OOg/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液，在電流密度為40-60A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為98質(zhì)量％以上；
[0033]其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積；
[0034]陰極和陽極的中心距為3_5cm ;[0035]所述置換過程中的溫度為40_55°C ;
[0036]所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-2 ;所述置換的時(shí)間為6h。
[0037]特別優(yōu)選的技術(shù)方案為:
[0038]所述微電流的電流密度為50A/m2，置換過程中的溫度為40°C，置換的時(shí)間為6h，陰極和陽極的中心距為5cm。 [0039]所述微電流的電流密度為50A/m2，置換過程中的溫度為55°C，置換的時(shí)間為6h，陰極和陽極的中心距為3cm。
[0040]將上述電置換得到的鎘綿經(jīng)過濾去除水分后得到海錦鎘產(chǎn)品。
[0041]所得到的海綿鎘中鎘的含量高達(dá)99.06質(zhì)量％。
[0042]本發(fā)明的有益效果
[0043]本發(fā)明提供了一種在微電流作用下制備上述海綿鎘的方法，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，通過本發(fā)明制備的海綿鎘為樹枝狀，且該樹枝狀海綿鎘中鎘的含量很高，高達(dá)99.06質(zhì)量％，因此克服了現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為的樹枝狀海綿鎘中雜質(zhì)含量高而避免制備樹枝狀海綿鎘的偏見。具體的，采用微電流強(qiáng)化置換過程的進(jìn)行，通過微電流作用使鋅板表面鋅及置換后附著的鎘呈離子態(tài)，使鎘綿與鋅表面分離，從而消除置換一段時(shí)間后鎘綿形成對鋅板的包裹和覆蓋，使反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行，大大減少鋅的消耗。本發(fā)明中以鋅板置換代替鋅粉置換，鋅板的利用率提高，原料要求低，降低了成本；以一步電置換代替兩段置換，在微電流的作用下強(qiáng)化鋅板置換過程的進(jìn)行，所得到的海綿鎘中鎘的含量高達(dá)99.06質(zhì)量電置換過程以含鋅99%以上的鋅板或鋅片作陽極，以鈦網(wǎng)(板)、銅或鋁板(網(wǎng))作陰極，陰極上僅有少量鎘和微量鋅及其它金屬析出，經(jīng)洗刷清潔后可重復(fù)多次利用，不產(chǎn)生額外成本；電置換采用微電流，不需要攪拌，電耗較小且避免攪拌動(dòng)力的消耗，成本較小，效果好。同時(shí)陰陽極板表面積的不同產(chǎn)生非均勻電場，陽極板電場強(qiáng)度小，使溶解反應(yīng)弱于其與鎘的置換反應(yīng)，陰極有少量海綿鎘和微量鋅或其它金屬析出。電置換后液中鎘含量降至lg/L以下、鋅含量達(dá)50g/L以上，將其凈化后可返回鋅電積過程。且通過實(shí)施例與對比實(shí)施例的比較可知，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)范圍相互配合才能獲得本發(fā)明的效果。本發(fā)明通過一般化學(xué)反應(yīng)與電化學(xué)反應(yīng)的相互配合，獲得了良好的發(fā)明效果。正是在電置換反應(yīng)的各個(gè)條件和參數(shù)的協(xié)同作用下，不僅簡化了置換步驟，降低了反應(yīng)成本，且得到了純度很高的海綿鎘，而剩余的置換后液也可以進(jìn)一步循環(huán)使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。
[0045]其中，1-陰極2-燒杯3-反應(yīng)原液4-恒溫磁力攪拌器5-恒溫水浴6_陽極7_直流電源
[0046]圖2為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0047]本工藝采用微電流作用強(qiáng)化置換過程處理銅鎘渣一次浸出后液，陰極直接得到海綿鎘，壓濾后熔鑄得到產(chǎn)品粗鎘；同時(shí)電解后液通過鋅粉置換除去少量的雜質(zhì)后送電積鋅；陽極渣則進(jìn)行沖洗，洗水可循環(huán)利用。
[0048]圖3為實(shí)施例1制備得到的海綿鎘的形貌圖。
[0049]圖4為實(shí)施例1制備得到的海綿鎘的形貌圖。[0050]圖5為實(shí)施例2制備得到的海綿鎘的形貌圖。
[0051]圖6為實(shí)施例3制備得到的海綿鎘的形貌圖。
[0052]圖7為實(shí)施例4制備得到的海綿鎘的形貌圖。
[0053]圖8為實(shí)施例5制備得到的海綿鎘的形貌圖。
[0054]從圖3-8中可以看出，各實(shí)施例得到的產(chǎn)品海綿鎘的微觀結(jié)構(gòu)均為樹枝狀，且一次晶軸略粗于二次晶。
【具體實(shí)施方式】
[0055]實(shí)施例1
[0056]以海綿鎘堆浸氧化造液為原料，其元素組成如表2。
[0057]表1海綿鎘堆浸造液的主要元素含量(單位:g/L)
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種微電流作用下制備海綿鎘的方法，其特征在于，以鋅板或鋅片為陽極，鈦網(wǎng)、鈦板、招網(wǎng)、招板、銅網(wǎng)或銅板為陰極，含鎘10-100g/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液,在電流密度為20-80A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為96質(zhì)量％以上； 其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積； 陰極和陽極的中心距為3-10cm ； 所述置換過程中的溫度為25-55°C ； 所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-4.5 ;所述置換的時(shí)間為2-6h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，陰極的表面積為陽極的0.5-1倍，陰極的長度為陽極的0.8-1倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陰陽極的排布方式為陰陽極交替排列，陰、陽極數(shù) 目大于I時(shí)，陰極并聯(lián)，陽極并聯(lián)，陽極比陰極多I塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋅板或鋅片的長度為100-800mm、寬度為50-800mm、厚度為3_10mm ;所述陰極的厚度為3_10mm，所述陰極為鈦網(wǎng)、鋁網(wǎng)或銅網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)孔孔徑為5_15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以鋅板或鋅片為陽極，鈦網(wǎng)、鈦板、招網(wǎng)、招板、銅網(wǎng)或銅板為陰極，含鎘10-100g/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液,在電流密度為40-60A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為98質(zhì)量％以上； 其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積； 陰極和陽極的中心距為3-5cm ； 所述置換過程中的溫度為40-55°C ； 所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-2 ;所述置換的時(shí)間為4-6h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以鋅板或鋅片為陽極，鈦網(wǎng)、鈦板、招網(wǎng)、招板、銅網(wǎng)或銅板為陰極，含鎘10-100g/L、含鋅30g/L以上的溶液為反應(yīng)原液,在電流密度為40-60A/m2微電流的作用下鋅板置換，過濾，得到微觀結(jié)構(gòu)為樹枝狀的海綿鎘，鎘含量為98質(zhì)量％以上； 其中，所述陰極的表面積小于或等于所述陽極的表面積； 陰極和陽極的中心距為3-5cm ； 所述置換過程中的溫度為40-55°C ； 所述反應(yīng)原液的pH值為0.5-2 ;所述置換的時(shí)間為6h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微電流的電流密度為50A/m2，置換過程中的溫度為40°C，置換的時(shí)間為6h，陰極和陽極的中心距為5cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微電流的電流密度為50A/m2，置換過程中的溫度為55°C，置換的時(shí)間為6h，陰極和陽極的中心距為3cm。
【文檔編號】C25C5/02GK103924267SQ201410200092
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】何靜, 王夏陽, 葉龍剛, 張家瑋, 戚春萍, 段良洪, 楊建廣, 唐朝波, 楊聲海, 陳永明 申請人:中南大學(xué)