一种低真空锌电积方法及电积槽.pdf

一种低真空锌电积方法及电积槽，在电积过程密闭电积槽液面，并在电积槽液面上方的密闭区域营造低真空环境，在低真空环境下进行并完成电积过程，使电积过程产生和寄生的气体被真空抽送酸雾处理装置对酸雾进行净化和回收。电积槽由下部槽体和上部槽体组成，其下部槽体设有新液室、电积室和废液室；其上部槽体设有槽盖、释压孔和至少一个负压抽气孔。该方法的主要用途包括电积过程、电解过程和电镀过程。

1.  一种低真空锌电积方法，其特征在于：在电积过程密闭电积槽液面，并在电积槽液面上方的密闭区域营造低真空环境，在低真空环境下进行并完成电积过程，使电积过程产生和寄生的气体被真空抽送酸雾处理装置对酸雾进行净化和回收。

2.  如权力要求1所述的低真空锌电积方法，其特征在于：所述的电积过程，包括小板电积过程和大板电积过程；所述的电积槽液面，包含电积室液面、新液室液面和废液室液面；所述的低真空环境，其压强为101kpa-1.3kpa。

3.  如权力要求1所述的低真空锌电积方法，其特征在于：所述的气体，包含氢气、氧气和酸雾，所述的酸雾至少包含硫酸雾。

4.  如权力要求1所述的低真空锌电积方法，其特征在于：所述的酸雾处理装置，是一种低真空除酸雾装置，与至少一个抽真空装置连通。

5.  如权力要求4所述的低真空锌电积方法，其特征在于：所述的抽真空装置，至少可以是水喷射真空泵机组。

6.  一种实现权利要求1所述低真空锌电积方法的电积槽，其特征在于：所述的电积槽由下部槽体和上部槽体组成，其下部槽体设有新液室、电积室和废液室；其上部槽体设有槽盖、释压孔和至少一个负压抽气孔。

7.  如权力要求6所述的电积槽，其特征在于：所述的新液室，由等压供液装置提供电积新液；所述的等压供液装置，由盛满电积新液的高位槽、新液总管和新液支管组成，新液支管出液口设于新液室液面之下，从高位槽液面到电积槽液面的高度，在电积过程为恒定值。

8.  如权力要求6所述的电积槽，其特征在于：所述的废液室，采用同槽液封装置排出电积废液；所述的同槽液封装置，由盛满电积废液的废液总管和废液支管组成，其废液支管进液口设于废液室液面之下，电积槽液面对废液支管进液口的静压力≥低真空电积过程的设定压强；所述的槽盖是定型槽盖或可伸缩槽盖。

9.  如权力要求8所述的电积槽，其特征在于：所述的定型槽盖，采用自控翻盖方式，在覆盖状态密闭电积槽液面；所述的可伸缩槽盖，采用自控伸缩方式，在覆盖状态密闭电积槽液面。

10.  如权力要求6所述的电积槽，其特征在于：所述的释压孔，设在高出电积槽液面的槽壁上，与电积槽外部的释压阀连通。所述的负压抽气孔，设在高出电积槽液面的槽壁上，与电积槽外部的真空阀连通。

11.  一种如权力要求1或6所述低真空锌电积方法及电积槽的用途，其特征在于：所述的方法及装置，包括应用于有酸雾产生和寄生的电积过程、电解过程和电镀过程。

12.  如权力要求11所述的低真空锌电积方法及电积槽的用途，其特征在于：所述的方法及装置应用于消除夹氢沉积。

一种低真空锌电积方法及电积槽
所属技术领域
本发明涉及一种治理酸雾污染的方法及装置，尤其是一种治理酸雾污染的低真空锌电积方法及电积槽，属湿法冶金领域。
背景技术
锌电积过程产生氢气氧气，气体逸出电积槽液面带出大量酸雾，酸雾腐蚀设备、设施，侵害人体。锌电积过程酸雾的治理，一直是电锌企业的老大难问题。公知的治理方法，有以下几种：
1、在电积液中添加抑制氢逸出添加剂。ZL02816020.7公开了一种《用于电积法提锌抑制氢逸出的添加剂》，所述的添加剂为氯化十六烷基吡啶(CPC)，在有锑或锑+明胶组合物存在的条件下，在电积液中添加0.05mM的CPC。《中国有色冶金》2004年第6期的《锌电积酸雾治理的工业试验》报告提出：株洲冶炼集团应用ZG-9568型酸雾必克剂完成小试、扩大试验和半工业试验，取得锌电积酸雾治理率＞95％，电效提高0.22％的效果。但迄今为止，抑制氢逸出添加剂仍未成为有效治理酸雾污染的主体技术。
2、在电积槽液面覆盖塑料球吸附酸雾。CN200995135Y公开了《一种防治酸雾的锌电解槽》，采用球形、椭圆形塑料球吸附过程酸雾。早先公开的还有多孔塑料球吸附酸雾的技术方案。这类表面吸附措施，不能阻挡气体逸出，因而吸附逸出酸雾的效果极其有限。
3、在车间内设置常规通风系统。即在电积槽上方设置抽风口，采用风机抽吸酸雾。因风机传动部件易被酸雾腐蚀，导致运行效率低，应用效果差。通风管的蛛网式设置，还给出装槽作业造成障碍，影响到出装槽效率。
4、在电积槽上覆盖定型槽盖。这种方法，将槽盖放置电积槽上，用其吸附酸雾。因槽盖并非密闭覆盖，未被吸附的酸雾依然向四周飘散，加上定型槽盖移位占地方，翻盖延长出装槽时间，占用电积时间，实际生产应用很少。
5、厂房整体密闭抽风。即将电积厂房设置为密闭厂房，对进风口和出风口按人机工程设置，采用风机抽吸酸雾。这种方法的优点是，可有效控制酸雾向厂房外扩散，剥锌、洗板等作业区的酸雾浓度显著降低。缺点是，酸雾流道区域的酸雾浓度显著升高，对流道区域设备、设施的腐蚀程度加重；在冬季和寒冷地区，大量冷空气抽进车间，导致厂房内气温大幅降低，影响生产作业。
综上所述，现有的锌电积酸雾污染治理方法，存在种种不足，很有必要改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有锌电积酸雾污染治理方法的不足，提出一种能有效治理锌电积过程中酸雾污染的方法及装置。该种方法及装置可以有效提高湿法冶金中锌电积过程酸雾的治理能力，消除酸雾污染。
本发明人研究发现，目前普遍应用的锌电积生产工艺，具有以下特点：
1)电积过程是在电积槽液面敞开的条件下进行和完成的。在这种敞口电积方式下，无论是抑制酸雾逸出，还是在酸雾逸出后捕集，都难以消除酸雾污染。
2)电积过程时间在电积生产时间中占绝对比重。电积生产采用的阴、阳极板，分为小板和大板。小板电积的过程时间为23.5小时，出装槽和阳极泥掏槽的过程时间为0.5小时，总计的电积生产时间为24小时，电积过程时间占电积生产时间98％。大板电积的过程时间为47.5小时，出装槽和阳极泥掏槽的过程时间为0.5小时，总计的电积生产时间为48小时，电积过程时间占电积生产时间99％。
3)设定的低真空环境，有助于解决析出锌夹氢沉积，促进电积反应正向进行。
根据上述研究，本发明提出一种主要目的在于消除酸雾污染的低真空锌电积方法及电积槽。
本发明所采取的技术方案是，一种低真空锌电积方法，在电积过程中密闭电积槽液面，并在电积槽液面上方的密闭区域营造低真空环境，在低真空环境下进行并完成电积过程，使电积过程产生和寄生的气体被真空抽送酸雾处理装置对酸雾进行净化和回收。
所述的电积过程，包括小板电积过程和大板电积过程。
所述的电积槽液面，包含电积室液面、新液室液面和废液室液面。
所述的低真空环境，其压强为101kpa-1.3kpa。
所述的气体，包含氢气、氧气和酸雾，所述的酸雾至少包含硫酸雾。
所述的酸雾处理装置，是一种低真空除酸雾装置，与至少一个抽真空装置连通。所述的抽真空装置，至少可以是水喷射真空泵机组。
一种实现低真空锌电积方法的电积槽，其特征在于：所述的电积槽由下部槽体和上部槽体组成，其下部槽体设有新液室、电积室和废液室；其上部槽体设有槽盖、释压孔和至少一个负压抽气孔。
所述的新液室，由等压供液装置提供电积新液。所述的等压供液装置，由盛满电积新液的高位槽、新液总管和新液支管组成，新液支管出液口设于新液室液面之下，从高位槽液面到电积槽液面的高度，在电积过程为恒定值。
所述的废液室，采用同槽液封装置排出电积废液。所述的同槽液封装置，由盛满电积废液的废液总管和废液支管组成，其废液支管进液口设于废液室液面之下，电积槽液面对废液支管进液口的静压力≥低真空电积过程的设定压强。
所述的槽盖，包括定型槽盖和可伸缩槽盖。所述的定型槽盖，采用自控翻盖方式，在覆盖状态密闭电积槽液面；所述的可伸缩槽盖，采用自控伸缩方式，在覆盖状态密闭电积槽液面。
所述的释压孔，设在高出电积槽液面的槽壁上，与电积槽外部的释压阀连通。
所述的负压抽气孔，设在高出电积槽液面的槽壁上，与电积槽外部的真空阀连通。
一种低真空锌电积方法及电积槽的用途，其特征在于：所述的方法及装置，包括应用于有酸雾产生和寄生的电积过程、电解过程和电镀过程。
本发明的优点是：
1、结合电积生产工艺特点，在电积过程实施低真空电积，实现高标准治理酸雾污染，高效回收利用酸雾资源。
2、采用等压供液装置提供新液，改善了电积槽的液面稳定性和液流波动性，增强了新液总管现场配置的灵活性。
3、采用同槽液封装置排出废液，利用电积槽液面实现液封，有利于设定低真空环境的快速形成。
4、电积槽液面在低真空环境下降低了表面张力，有利于过程氢气逸出，可有效克制析出锌夹氢沉积，同时加速锌电积正向反应过程。
5、采用自控翻盖或自控伸缩的槽盖，实现槽盖自控密闭，槽盖不占地方，翻盖或伸缩不多占时间，不影响出装槽作业。
6、本发明与原有的酸雾治理方法兼容，尤其是可充分发掘阳极泥真空掏槽装备的闲置产能(现有阳极泥真空掏槽装备利用率约4％)。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明系统酸雾处理装置和抽真空装置部分流程示意图；
图3为本发明系统电积槽结构剖面示意图；
图4为本发明系统电积槽结构侧面剖面示意图。
图中，1、电积槽；2、上部槽体；3、槽壁；4、释压孔；5、废液室液面；6、废液室；7、溢流堰；8、气体；9、酸雾；10、密闭区域；11、电积槽液面；12、电积室液面；13、溢流堰；14、新液室；15、新液室液面；16、负压抽气孔；17、槽盖；18、定型槽盖；19、可伸缩槽盖；20、酸雾处理装置；21、抽真空装置；22、水喷射真空泵机组；23、电积新液；24、高位槽液面；25、释压阀；26、高位槽；27、真空管；28、真空阀；29、新液支管；30、阀门；31、下部槽体；32、新液支管出液口；33、阳极板；34、阴极板；35、极距装置；36、电积室；37、废液支管进液口；38、废液支管；39、同槽液封装置；40、导电装置；41、等压供液装置；42、新液总管；43、废液总管；44、废液总管液面；45、电积废液；46、真空阀；47、气液真空分离装置；48、除酸气流；49、水喷射装置；50、循环水；51、新水；52、除酸气流；53、水喷射装置；54、循环水；55、除酸气流；56、真空阀；57、阳极泥；58、液封槽；59、阀门；60、泵；61、阳极泥；62、含酸溶液；63、泵；64、气水混合液；65、循环槽；66、阀门；67、泵；68、气水混合液；69、循环槽；70、阀门；71、第一含酸溶液；72、第二含酸溶液。
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1-2可以看出，本发明是一种低真空锌电积方法，采用在电积过程密闭电积槽液面11，并在电积槽液面上方的密闭区域10营造低真空环境，在低真空环境下进行并完成电积过程，使电积过程产生和寄生的气体8被真空抽送酸雾处理装置20对酸雾9进行净化和回收。
所述方法的电积过程，包括小板电积过程和大板电积过程；其低真空环境，压强为101kpa-1.3kpa；伴随产生和寄生的气体8至少包含氢气、氧气和酸雾9，酸雾9至少包含硫酸雾；电积槽液面11包含电积室液面12、新液室液面15和废液室液面5；酸雾处理装置20是一种低真空除酸雾装置，与至少一个抽真空装置21连通，抽真空装置21至少可以是水喷射真空泵机组22。
本发明的技术原理是：
利用电积过程时间在电积生产时间中占绝对比重的电积工艺特点，在电积过程密闭电积槽液面，并在电积槽液面上方的密闭区域营造低真空环境，在低真空环境下进行并完成电积过程，使电积过程产生和寄生的气体被真空抽送酸雾处理装置对酸雾进行净化和回收。由此实现低真空锌电积过程。
本发明的工作过程是：
完成电积槽的阴极板装槽时，槽盖对电积槽液面实施密闭覆盖，在电积槽液面上方形成一个密闭区域。然后，启动电积过程，打开真空阀，使电积过程在设定的低真空环境下进行。
在低真空电积过程中，产生和寄生的气体，在较小的液面张力下逸出电积槽液面，被真空抽送酸雾处理装置对酸雾进行净化和回收。
完成电积槽的低真空电积过程时，阴极板上的锌沉积达到设定厚度，即吊装出槽剥锌。开始出槽过程时，关闭真空阀，开启释压阀，电积槽液面上方的密闭区域变成常压区域，然后，打开槽盖，敞开电积槽液面，沉积析出锌的阴极板吊离电积槽，电积过程停止。完成阴极板装槽时，又启动低真空电积过程。
根据低真空锌电积方法的技术原理可知，凡有酸雾产生和寄生的电积过程、电解过程和电镀过程，都可以应用低真空电积、低真空电解和低真空电镀的方法。典型用途至少包括：低真空铜电积和铜电解过程、低真空铅电解过程、低真空镍电积过程、低真空锰电解过程、低真空氟氢酸浸出过程、低真空氰化浸出过程以及几乎所有的电镀过程。
实施例一
图1-2为一种实现低真空锌电积方法的电积槽，由下部槽体31和上部槽体2组成，其下部槽体设有新液室14、电积室36和废液室6；其上部槽体设有槽盖17、释压孔4和至少一个负压抽气孔16。其中，
新液室14由等压供液装置41提供电积新液23。等压供液装置41由盛满电积新液的高位槽26、新液总管42和新液支管29组成，新液支管出液口32设于新液室液面15之下，从高位槽液面24到电积槽液面11的高度，在电积过程为恒定值。
电积室36设有阳极板33、阴极板34、极距装置35和导电装置40。
废液室6采用同槽液封装置39排出电积废液45。同槽液封装置39由盛满电积废液的废液总管43和废液支管38组成，废液支管进液口37设于废液室液面5之下，电积槽液面11对废液支管进液口37的静压力≥低真空电积过程的设定压强。
槽盖17可以是定型槽盖或可伸缩槽盖。定型槽盖采用自控翻盖方式，在覆盖状态密闭电积槽液面11；可伸缩槽盖采用自控伸缩方式，在覆盖状态密闭电积槽液面11。
释压孔4设在高出电积槽液面11的槽壁3上，与电积槽1外部的释压阀40连通。
负压抽气孔16设在高出电积槽液面11的槽壁3上，与电积槽1外部的真空阀28连通。
低真空电积生产过程是：
完成电积槽1的阴极板34装槽时，槽盖17对电积槽液面11实施密闭覆盖，在电积槽液面上方形成一个密闭区域10，然后，启动电积过程，打开真空阀28，使电积过程在压强为101kpa-1.3kpa的低真空环境下进行。
在低真空电积过程中，产生和寄生的气体8，在较小的液面张力下逸出电积槽液面11，被真空抽送酸雾处理装置20对酸雾9进行净化和回收。
完成电积槽1的低真空电积过程时，阴极板34上的锌沉积达到设定厚度，即吊装出槽剥锌。开始出槽过程时，关闭真空阀28，开启释压阀25，电积槽液面11上方的密闭区域10变成常压区域，然后，打开槽盖17，敞开电积槽液面11，沉积析出锌的阴极板34吊离电积槽，电积过程停止。完成阴极板装槽时，又启动低真空电积过程。
从低真空电积过程可以看出，小板电积的出装槽时间仅占电积生产时间的1％，大板电积的出装槽时间仅占电积生产时间的2％，即出装槽期间逸出酸雾9的最大数量仅占1-2％，低真空电积期间被真空抽走的酸雾占98-99％。由于出装槽期间电积过程停止，没有气体8产出，寄生的酸雾9失去逸出电积槽液面11的动力，因此，出装槽期间仅有常压蒸发的微量酸雾可以逸出电积槽液面11，消除酸雾污染的低真空锌电积过程得以实现。
显然，利用设定的低真空环境，降低了电积槽液面11的表面张力，有助于微小氢气泡快速上浮，可以防止析出锌夹氢沉积；氢气泡与氧气泡的快速移除，又可促进电积反应正向进行。
实施例二
从图1-2可以看出，本发明是一种低真空锌电积方法的等压供液装置41，由盛满电积新液23的高位槽26、新液总管42、新液支管29和阀门30组成。新液支管出液口32设于新液室液面15之下，从高位槽液面24到电积槽液面11的高度，在电积过程为恒定值。
等压供液装置41的技术原理及工作过程是：
高位槽液面24到电积槽液面11的恒定高度，给电解槽液面11提供一个恒定位能，使电积新液23等压流入电积槽1。设于新液室液面15之下的新液支管出液口32，使电积新液23匀速上升，经溢流堰13溢流流入电积室36，有效消除电积新液23的冲击性液流。
在低真空电积过程期间，电积槽液面11的设定依据，是高位槽液面24的位能压力与为密闭区域10设定的低真空抽力之和，因此，低真空电积过程是一种电积槽液面稳定的过程。
在出装槽期间，密闭区域10的设定低真空释压，电积槽液面11的液位降低，进入新液室15的电积新液23的流速同步降低。因电积槽的数量按系列设置，其它电积槽的电积槽液面升高幅度微小，且电积新液的流量增加时间仅占1-2％，其流量变化的影响极小。
在阳极泥真空掏槽期间，一方面，密闭区域10的设定低真空释压，电积槽液面11的液位降低；另一方面，电积槽1内约有1/5-1/3的电积液被真空抽离，通过调整阀门30补充电积新液，电积槽液面进一步降低液位。在一个系列电积槽条件下，某个电积槽的电积新液流量加大时，等压供液装置41将自动调整其它电积槽的流量，因此，就系列电积槽的电积槽液面降幅而言，电积槽液面的波动变化极小。
综上所述，无论是在低真空电积过程期间、出装槽期间，还是阳极泥真空掏槽与常压电积过程并行的期间，电积槽液面11的波动值，始终被控制在设定的范围之内，由此可实现低真空锌电积方法及装置的高效运行。
实施例三
从图1-2可以看出，本发明是一种低真空锌电积方法的同槽液封装置39，由盛满电积废液45的废液总管43和废液支管38组成，其废液支管进液口37设于废液室液面6之下，电积槽液面11对废液支管进液口37的静压力≥低真空电积过程的设定压强。
同槽液封装置39的技术原理及工作过程是：
在低真空锌电积过程中，电积槽液面11对废液支管进液口37的静压力≥低真空电积过程的设定压强，高位槽液面24到电积槽液面11的高度为恒定值，废液室液面5始终对废液支管进液口37形成液封。由此实现密闭区域10设定低真空环境的形成和稳定。
从图3-4可以看出，电积槽液面11对废液支管进液口37的静压力设定后，从废液支管进液口37到废液室液面5的高度是一定的，即，在低真空电积过程期间，废液支管进液口37到废液室液面5的高度是最高值。以此作为设定废液支管进液口37的依据，就可以保障在低真空环境下的液封效果。
显然，废液总管液面44的液位高度，与废液支管进液口37的液封效果没有关联，废液总管43可以是充满电积废液45的，也可以是不充满电积废液45的。
实施例四
从图2可以看出，本发明是一种低真空锌电积多级净化工艺及装置。该工艺及装置由至少一个酸雾处理装置20和两级串联的水喷射真空泵机组22组成，一体化实现低真空锌电积过程、阳极泥真空掏槽过程和酸雾9净化与回收过程。
该工艺及装置的工作过程是：
两级串联的水喷射真空泵机组22，提供电积槽1的设定真空抽力，使电积过程产生和寄生的气体8，经负压抽气孔16、真空阀28、真空管27及真空阀46，进入酸雾处理装置20的气液真空分离装置47。气体8经气液真空分离装置47分离，大部分酸雾9凝成含酸溶液73，进入液封槽58；细粒酸雾随除酸气流48被负压抽入水喷射装置49，与泵67压力输送的循环水50高效混合，细粒酸雾溶解到循环水50中，成为气水混合液68进入循环槽69。超细粒酸雾随除酸气流52被负压抽入水喷射装置53，与泵63压力输送的循环水54高效混合，超细粒酸雾溶解到循环水54中，成为气水混合液64进入循环槽65。至此，气体8完成深度净化，成为达标除酸气体55排空。
当循环槽69中的含酸浓度达到设定值时，开启阀门70，将含酸溶液72排入液封槽58中，然后补充新水51。
当循环槽65中的含酸浓度达到设定值时，开启阀门66，将含酸溶液71排入液封槽58中，然后补充新水51。
当液封槽58中的含酸溶液数量达到设定值时，开启阀门59，将含酸溶液62经泵60输送浸出系统利用。
当阳极泥掏槽与低真空锌电积过程同步进行时，真空阀46和真空阀56同步进入开启状态，阳极泥57和气体8均被抽入气液真空分离装置47。经过低真空气液分离，细粒酸雾随除酸气流48被负压抽入水喷射装置49净化除酸；同步产出的阳极泥74进入液封槽58，经与含酸溶液混合，成为含酸较高的阳极泥61，由泵60输送浸出系统利用。显然，阳极泥掏槽需要的真空抽力与低真空锌电积过程需要的真空抽力，通过调节真空阀46和真空阀56，即可实现。
本发明的优点是：
1、一体化实现低真空锌电积过程、阳极泥真空掏槽过程和酸雾净化与回收过程，大幅降低低真空锌电积工艺投资成本。
根据阳极泥特性，真空掏槽装备的真空抽气能力配置约1000m3/h。这种抽真空能力配置，基本满足100kt/a电锌产能的低真空电积工艺要求。电积槽的阳极泥真空掏槽周期，约30天，每天掏槽总时间0.5小时。真空掏槽装备的实际利用率约4％。因此，在上述阳极泥真空掏槽的抽真空装置及输送管网配置条件下，设施低真空锌电积工艺，基本不需新增投资。
2、除酸效率高，效果好。
锌电积酸雾经真空气液分离和高速喷射混合，酸雾溶解到水溶液中变成稀硫酸溶液，经按设定循环后，硫酸浓度逐渐升高，与阳极泥混合即可直接返回浸出系统利用，从而实现锌电积酸雾的闭路处理。采用水喷射真空泵机组对锌电积酸雾进行深度净化处理时，酸雾处理装置与水喷射装置，可便利优化组合。每增加一级水喷射装置，在强化酸雾捕集能力的同时，同步增加真空抽力，实现一机两用。