铅电解过程中杂质的行为分析及控制方法探讨

2019-01-24柯文帅

世界有色金属 2018年21期

柯文帅

（深圳市中金岭南有色金属股份有限公司韶关冶炼厂，广东韶关 512000）

铅电解过程中，使用铅阳极板作为阳极，使用电铅始极片作为阴极，使用硅氟酸铅溶液作为电解液，在电解槽内得到纯度为99.9%的阴极铅。利用电铅锅，对阴极铅进行熔化、除杂、铸锭等操作，就能得到标准铅锭。以下结合实践，探讨了铅电解过程中杂质的行为和控制方法。

1 铅电解过程的技术原理和影响因素

（1）技术原理。从电极反应的角度看，正常的铅电解情况下，阳极反应是：Pb-2e=Pb2+，氧化后进入电解液；阴极反应是：Pb2++2e=Pb，还原后在电极上析出。由此可见，电解期间阳极溶解，厚度逐渐变薄；阴极析出，厚度逐渐变大。阳极泥层厚度增大，会导致槽电压增高，进而影响杂质金属的溶解，必须对阳极泥厚度进行控制。正常阴极平滑致密，在阴极方向上存在纹路，伴有金属光泽；异常阴极疏松、呈现黑色，伴有毛刺、疙瘩，不仅会降低电流效率，还会影响电解质量。

（2）影响因素。分析影响铅电解过程的因素，主要包括以下几点[1]：①电解液中铅离子的浓度、含酸量；②添加剂的种类和性质；③电力线的分布情况；④电解液的温度、循环强度；⑤电流密度；⑥电解液中杂质的浓度。

2 铅电解过程中杂质的行为分析

铅电解中使用的阳极板，除了含铅外，还包括一些杂质金属，例如铜（Cu）、锑（Sb）、锌（Zn）、砷（As）、铋（Bi）、铁（Fe）、银（Ag）、金（Au）等，这些杂质的行为，决定了标准电极电位，影响在电解液中的浓度。具体分析如下：

（1）负电性金属。负电性金属以铁Fe、锌Zn为代表，在铅电解过程中，会和铅一起在阳极溶解，然后进入电解液。相比于铅，Fe、Zn的析出电位更负，因此正常情况下，不会在阴极析出；而且这些杂质的含量低，对电解过程影响小。

（2）正电性金属。正电性金属以铜Cu、锑Sb、砷As、铋Bi、银Ag、金Au为代表，一般会留在阳极板，很少进入电解液。一旦进入电解液，会在阴极析出，可在火法初炼时进行控制。第一，铜Cu。铜在阳极中的活性小，在缺氧条件下不会进入电解液，因此电解液中的铜含量低。研究显示[2]，电解液中铜含量低于0.002g/L，析出铅的含铜量在0.0005%以内；如果阳极中铜含量超过0.12%，会引起槽电压升高，杂质溶解后在阴极析出。第二，铋Bi。在铅电解过程中，铋的正电性电价为+0.2V，不能以离子状态进入电解液，而是留在阳极泥上。一般情况下，电解液中铋含量低于0.0002g/L时，析出铅的铋含量在0.0007%以内。第三，银Ag、金Au。银和铅容易发生共晶反应，会进一步提高阳极强度；电解液中的银浓度较低时，会和铅一起放电析出。铅电解过程中，金、银均进入阳极泥，其中银以Ag、Ag3Sb等化合物存在，少量从悬浮阳极泥带入。随着槽电压、电流密度增大，阴极含银量也会增加；在槽电压、阳极泥强度适中时，阴极银含量降低至8×10-6%以内。此外，在电解液中加入木质磺酸钙，电解液的粘度增加，循环时容易出现泡沫，会吸附部分阳极泥，经捞渣即可除去。因此，木质磺酸钙具有净化作用。第四，锑Sb、砷As。在阳极板中，锑、砷会增加阳极泥的强度，如果锑含量过低，阳极泥容易散碎；如果锑含量过高，阳极泥强度相应增大，一方面难以刷下，增加了电解难度；另一方面锡的溶解速度加快，会影响铅的析出质量。正常情况下，锑、砷均会进入阳极泥，随着槽电压升高、电流密度增高，会有少量锑溶解，并进入阴极。

（3）其他杂质。其他杂质和铅电极电位相近，以锡为代表，理论上能完全溶解，在阴极析出。实际电解过程中，金属杂质和锡会形成化合物，从而降低锡的溶解电位。阳极锡含量低于0.004%时，析出铅的锑含量约为0.0005%。

3 铅电解过程中杂质的控制方法

（1）正常电解过程。第一，控制阳极板的锑、砷含量，能防止阳极泥脱落，避免污染析出铅。由于阳极含锑过高，会导致阳极泥层难于刷下；阳极含锑过低，会导致阳极泥散碎脱落，影响析出铅质量。对此，要将阳极泥中的锑含量控制在0.5%以上，且锑、砷含量之和在1%以上。检查槽面时，操作要轻稳，避免阴极或烧板碰到阳极。第二，控制阳极板的物理规格。要求阳极板平直均匀，没有毛刺、飞边等情况，否则电解期间容易发生阴极短路，不仅增加了电能损耗，还会降低铅的析出质量。结合实践，阳极板厚度太小，容易掉极，影响铅的析出数量；阳极板厚度太大，又会影响洗刷效果，出装槽难度增大。做好槽面管理工作，提高铅的洗刷效果，能避免铜、铋掺杂在析出铅中。第三，洗涤液完全沉淀后，要均匀进入电解液。在阳极泥中，铜含量一般在0.6%～10%之间，铋含量在3%～15%之间，在洗涤液和阳极泥的作用下，会进一步提高铜、铋含量。对此，在保证铅析出质量的同时，应该多次少量加入洗涤液，将各种杂质的含量控制在标准范围以内。第四，电解过程中，减少铜、铋的溶解量。电解常用设备均是铜质材料，例如导电板、铜棒、盘管等，在化学腐蚀作用下，会导致电解液中铜含量增高。对此，循环系统中减少铜质材料的使用，可避免铜离子积累在电解液中。

（2）异常电解过程。第一，净化。电解液在电解复产初期被污染，考虑到数量较大，应该采用净化处理法，将杂质降低至正常范围内。一是集中净化。要求电解液、洗涤液等溶液，进入系统前严格控制杂质含量，为净化打下良好基础。结合实际案例，净化处理后，析出铅的第一周期末，就能达到控制标准。二是分散净化。对于少量污染的电解液、洗涤液，采用集中净化法的成本高。分散净化则是将其存放在贮液槽内，根据实际生产需求、电解液杂质含量，分散性进入系统，通过分散净化，达到铅析出标准控制要求。第二，隔离沉淀。在连续性掏槽作业中，为了避免已经污染的电解液进入生产循环系统，应该对掏槽内的电解液进行隔离、沉淀。如此处理，悬浮的阳极泥会沉淀下来，然后和电解液混合后，提高杂质的稳定性。目前已有企业采用这种处理方式，结果显示析出铅的质量均达到内控标准。第三，开路系统。一直以来，电解液在系统中是闭路循环使用的，由于电解液内的杂质不断积累起来，导致含量明显增高，并会增大电解液的电阻率。对此，对电解液进行开路处理，及时补充新电解液，能有效降低杂质含量，如下表1所示。将其应用在实际生产中，还能降低直流电单耗，某企业的电流强度在7200A～7400A之间，其直流电耗从134.6kWh/t，降低至125.8kWh/t。