关于控制阴极锌Pb含量的探讨

辛现军

(巴彦淖尔紫金有色金属有限公司， 内蒙古 巴彦淖尔 015543)

关于控制阴极锌Pb含量的探讨

辛现军

(巴彦淖尔紫金有色金属有限公司， 内蒙古 巴彦淖尔 015543)

分析了电积锌过程中铅的沉积原理，提出了降低阴极锌铅含量的措施。

电解液； 铅含量； 阴极锌

巴彦淖尔紫金有色金属有限公司的锌锭质量一直比较稳定，但2009年0#锌品级率下降为54.92%，1#锌品级率为41.67%，2#锌品级率为3.47%。出现1#锌和2#锌比例上升的情况主要是由于阴极锌杂质Pb含量升高造成的。影响锌锭品质包含物表质量和杂质元素含量两大指标，杂质元素主要有Pb、Fe、Cu、Cd，但是影响最大且最难控制的杂质元素是铅。电解液中的铅主要来自Pb-Ag合金阳极板及新溶液中未被净化除去的铅，电解过程中溶液中的Pb2+在阴极放电析出，阴极锌片携带阳极泥而造成的机械夹带，从而使析出阴极锌含铅。

1 电解液中铅的来源

电解液中铅的来源一个是新液，另外一个是电解过程中自身产生的。新液带入电解液中的量，在正常合格新液的生产条件下，含铅量可以忽略不计，主要铅来源是电解过程中自身产生的。

1.1 新液中的铅

锌精矿中含有～1%的铅，铅在焙烧过程中呈PbO、2PbO·SiO2和PbS 形态存在。浸出时硫酸铅的溶解度很小，大部分以PbSO4和铅的其它化合物形态进入浸出残渣中，只有极少部分以二价铅离子Pb2+的形态存在于硫酸锌溶液中，在净化过程中，一部分又被锌粉置换出来，所以新液中含铅量较少，约l～2 mg/L。

1.2 电解液含铅

(1)

(2)

氯离子在阳极处反复被氧化还原，使铅不断氧化进入电解液，Pb2+又在在阴极板上放电析出，从而造成阴极锌含铅量增高。

其次，短路烧损性溶解，也是造成电解液Pb2+高的原因，这种现象主要产生于出装槽的过程中，阴极板、出装吊钩造成的短路，致使阳极横梁、板面烧损而形成PbO，并落入电解槽，进而形成Pb2+，其反应式：

(3)

1.3 阳极泥含铅

电解过程中，为了保证阴极锌杂质铅含量低于0.003%的标准，使用添加剂碳酸锶控制电解液中Pb2+的浓度。在电解液中碳酸锶与硫酸反应生成硫酸锶，硫酸锶与硫酸铅形成共晶沉淀，混杂在阳极泥中，其反应如下：

(4)

(5)

1.4 运行操作不当致电解液铅含量增高

随机更换阳极板是造成电解槽中局部析出的阴极锌含杂质铅过高的原因。在使用没有经过镀膜阳极板的情况下，没有PbO2致密保护膜的保护下，金属铅作为阳极与电解液中的硫酸发生反应，金属铅转化成Pb2+进入电解液中，在阴极析出。大量的铅转化成Pb2+，就会使电解液中的Pb2+含量升高，阴极析出的Pb就会增加，阴极锌中的Pb含量也随之上升。

阳极板质量及使用方法影响电解液铅含量。阳极板银含量过低；轧制力度不足，板体密度不足，表面不光滑；板内有熔炼渣等质量问题会在使用过程中加速Pb的溶解，致使电解液铅含量的升高。合格的阳极板在使用前要进行镀膜，没有进行镀膜的情况下就进行提电流生产则会造成金属铅从阳极板上溶解进入电解液。在高电流和高酸度下的情况下阳极板面不能形成致密的PbO2薄膜，没有致密的PbO2薄膜阻止Pb的溶解，电解液中Pb2+含量就会升高。

阴极板绝缘条的老化开裂、脱落也影响析出锌的含铅量。在阴极板边缘处电解液流速最快，不会产生锌、铅离子贫化现象，因此这些破损的边缘地带电解析出的锌、铅大于正常板面的速度，形成较大的锌瘤子，且由于铅比锌更容易得到电子析出，因此这些锌瘤子的铅含量异常高；加之锌瘤子的锌致密度小空隙大，一些含有铅的阳极泥大量沉积在结晶颗粒中，也是造成颗粒中Pb含量较高的原因。通过对阴极锌做试验，去掉颗粒阴极锌Pb含量为0.003 7%，清理下来的颗粒中Pb含量0.005 6%，在熔化铸锭中使用这种不去除边缘上锌瘤子的阴极锌，锌锭的Pb含量肯定会上升。

电解液酸度持续偏高也是造成铅高的一个原因。本公司有一段时期废电解液中酸的含量基本都在180～200 g/L，实测电解液中Pb2+含量比正常情况下增加10%。

电解液有机悬浮物的影响。有机悬浮物捕捉PbO2颗粒，并粘附在阴极表面，与Zn析出共生在一起，增加了阴极锌杂质Pb的含量。

碳酸锶加入量过小，不能有效与电解液中的硫酸铅形成共晶沉淀进入阳极泥。电解液温度过高，破坏了阳极板致密的PbO2保护膜，同样会导致阳极的腐蚀加剧，电解液含铅量升高。

2 降低阴极锌含铅量的措施

阴极锌含铅过高的主要原因是源于电解生产过程中铅的非正常溶解，有效控制铅的非正常溶解，就能生产出合格的阴极锌片，因此采取以下措施。

2.1 控制系统中氯的浓度

Cl-是湿法冶炼最有害的杂质，它是造成设备异常腐蚀的元凶，又是缩短阳极板使用寿命、增加阴极锌含铅量的主要因素。为此本公司在一期二期工艺系统中增加了除氯辅助工艺。工艺采用废电解液加氧化铜渣除氯工艺，其反应原理为：

(6)

系统中氯离子的浓度由300 mg/L降到150 mg/L以下，有效延长浸出搅拌设备使用寿命的同时，也降低了电解液铅离子的含量，增加了阳极板使用寿命，提高了阴极锌的品质。

2.2 阴阳极板使用与管理

采用外购为辅，自主加工为主的策略，确保阳极板质量。严格操作管理，杜绝个别板因短路、人为损坏等操作原因导致极板使用寿命缩短而出现更换新阳极板现象的发生，有计划的更换阳极板。更换大批量阳极板必须进行24 h镀膜操作。采用新型聚丙烯成型阴极边条，有效防止使用过程中边条的脱落，对老化边条及时更换，消除阴极锌边缘长瘤的现象。

2.3 电解液锰离子浓度控制

锰在电解过程中有降低阴极锌铅含量的作用。在锌电解中，二价锰离子在阳极被氧化成高锰酸，反应式为：

(7)

溶液中的高锰酸继续与二价锰离子反应，生成二氧化锰，反应式为：

(8)

反应中生成的MnO2一部分沉在电解槽底部，一部分粘附在阳极上，与阳极表面上的PbO2膜一起形成坚固的阳极保护膜。锰离子在3.0 g/L的情况下，DA=500 A/m2，温度在38 ℃时效果最好。

2.4 电解液的处理

(1)加快废电解液的冷却和槽面操作，使电解液的温度控制在40 ℃以下。

(2)定时处理阳极泥，防止阳极泥过多造成悬浮而在阴极锌析出过程中夹带包裹。

(3)定时过滤电解液中的有机悬浮物。

(4)添加适量的SrCO3有效地降低电解液含铅量，从而有效降低阴极锌含铅量。

3 结语

通过分析阴极锌杂质铅含量过高的原因，总结应采取以下措施：

(1)增加除氯辅助工艺保证Cl-<150 mg/L；

(2)电解液锰离子浓度控制在3.0 g/L以下，温度控制在～38 ℃；

(3)SrCO3的添加量控制在每吨阴极锌3.0～3.5 kg；

(4)加强管理，如定时过滤电解液中的有机悬浮物，定期处理阳极泥，加水稀释电解液等。

采用以上措施后，有效降低了阴极锌铅含量，2010年开始基本上都是0#锌，很少出1#锌，杜绝了2#锌的出现。

DiscussiononcontrolofPbcontentincathodezinc

XIN Xian-jun

The sedimentation principle of lead in the process of zinc electro-winning was analyzed, and the measures to decrease the lead content in cathode zinc were put forward in this paper.

electrolyte; lead content; cathode zinc

辛现军(1974—)，男，山东人，大学本科，从事质量控制工作。

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