铅电解液硫酸脱铅创新工艺应用

黎成刚 曹雷斌 袁寒岗

（江铜集团江西金德铅业股份有限公司，江西 德兴334200）

金德铅业股份有限公司年产99.994%牌铅8 万t（简称“金德铅业”），因高电流密度生产，阳极溶解速度大于阴极析出速度，电解液中的铅离子浓度已经达到185g/L 以上，对电流效率和直流电耗产生直接的影响。金德铅业铅电解系统电解液总体积为1150m3，积存在电解液中的铅量达到213t，比正常控制量高出69 吨，在电流密度190A/m2电解条件下，360 个电解槽总电压达到185V，直流电单耗上升至172kw，电流效率92.8%，所以必须采取有效的措施尽快降低电解液铅含量。

1 硫酸脱铅工艺原理

硫酸脱铅原理是：将98%浓度的硫酸加入开路的硅氟酸铅电解液中，与铅离子在脱铅槽中反应生产硫酸铅：

H2SiO4＋Pb2+＝PbSiO4↓＋2H2+

形成的硫酸铅沉淀在脱铅槽底部，再清理干净沉淀物。

1.1 浓硫酸脱铅方法的优点：脱铅速度快。

1.2 浓硫酸脱铅方法存在的缺点：（1）98%浓度的硫酸倒入脱铅槽会急剧大量放热，产生液体飞溅，操作工人危险系数高，大量放热会导致脱铅槽内衬软聚氯乙烯朔料烧损变形。（2）浓硫酸放热后脱铅槽电解液温度会上升至80 度，电解液中原有的底胶会被老化分解，脱铅后的电解液会因缺少底胶而影响生产，此时就需要大量补充骨胶来解决，造成添加剂用量浪费。（3）脱铅槽底部沉淀物为硫酸铅和硅氟酸的混合物，清理环境差，难度大，大量硅氟酸和硫酸铅一起被清理掉，造成硅氟酸损失。

从硫酸脱铅优缺点比较，明显缺点大于优点，因此必须对硫酸脱铅工艺流程创新改进。

2 硫酸脱铅工艺流程创新

针对硫酸脱铅存在的缺点，可逐一进行改进如下：

2.1 可建立一套浓硫酸稀释系统，利用电解楼下的贮液槽将98%浓度的硫酸加水稀释成30%浓度的稀硫酸，然后用稀释后的硫酸进行脱铅，减少脱铅时放热反应，降低反应温度，保护了脱铅后电解液中的底胶不被分解，可有效的规避液体飞溅风险，保护脱铅槽内衬不被烧损。

2.2 可利用阳极泥压滤系统作为脱铅循环流程，将30%浓度的硫酸和电解液按计算好的流速抽入搅拌桶搅拌脱铅，由于硫酸和铅离子结合成硫酸铅在接触瞬间就能完成，在搅拌状态下，上部打入稀硫酸和电解液进搅拌桶反应，下部将生成的硅氟酸铅和硅氟酸的混合物抽入隔膜压滤机进行压滤，脱铅后的电解液补充进集液槽，然后将压滤过后的硫酸铅滤饼卸下，运至原料仓重新当矿铅配料（图1）。

3 浓硫酸稀释计算

98%浓硫酸密度为1.84g/cm3，水密度为1g/cm3，配1 吨30%浓度硫酸需要加入水和98%硫酸

量计算：设需加98%硫酸体积为V 酸，加水体积为V 水

V 酸×1.84×98%/(V 酸×1.84+V 水×1.0）=30%

V 酸×1.84×0.98=V 酸×1.84×0.30+V 水×0.30

V 酸×1.84×（0.98-0.30）=V 水×0.30

V 酸/V 水=0.30/1.84×0.68 ≈0.24

得出V 酸:V 水≈1:4

配成1 吨30%浓度硫酸要加806Kg 水，194Kg98%硫酸。

4 硫酸脱铅工艺计算

硫酸脱铅反应方程式为：

H2SiO4+Pb2+＝PbSiO4↓+2H2+

Pb2+相对分子质量207，硫酸相对分子质量98，硫酸铅相对分子质量303。

如脱除1000kg 铅离子需要用30%浓度硫酸总量计算：

1000×98/207×0.3=1578kg

电解液总体积为1150m3，电解液含铅185g/L，电解液脱铅目标值为140g/L，需要脱除的铅总量计算：

WPb=1150m3×（185－140）kg/m3=51750kg

即需要脱除51.75t 铅。

需要使用30%浓度硫酸总量计算：

W硫酸=51.75t×1578kg/t=81662kg

即需要使用81.662t30%浓度的硫酸（每个地槽可以装30 吨硫酸，需提前配好3 个地槽30%浓度的硫酸）。

5 脱铅流速控制计算

30%浓度硫酸密度为1.2185g/cm3。

81.662t30%浓度硫酸总体积计算：

V硫酸=81662/1218.5=67m3

从高位槽接一根内径80 毫米的虹吸管，将电解液接入搅拌桶，虹吸管流速120L/min,每分钟带入铅离子总量计算：

120×185=22200g

脱 除 22200g 铅 需 要 30% 浓 度 硫 酸 量 为 ：22200*1578/1000=35032g

每分种要加入30%浓度硫酸体积为：35032/1218.5=28.75L

图1 硫酸脱铅工艺流程图

30%浓度硫酸加入体积:电解液加入体积=28.75/120≈1:4理论上将电解液脱铅到 140g/L 要用时：67m3×1000/28.75L/60min=38.8 小时。

因此，放进搅拌桶30%浓度硫酸流速控制28.75L/min，电解液流速控制120L/min，两者流速比约1:4 时反应完全。

6 生产管控

此套硫酸脱铅系统是利用阳极泥压滤系统进行，通过上述公式算出，理论上将电解液脱铅到140g/L 需要用时38.8 小时，在不影响阳极泥压滤前提下，可将每天的阳极泥在中晚班内压滤完，每天空出早班时间用于硫酸脱铅，经周密部署，在6 个早班共48 小时完成硫酸脱铅任务。

由于采用了30%浓度硫酸脱铅，硫酸和电解液接触过程未发生剧烈放热反应，脱铅前后电解液温度相3℃，在可控范围，脱除铅离子的电解液可直接补充到电解液循环系统，没有出现电解液骨胶不足等不良反应。

7 结论

实际消耗了85.57 吨30%浓度硫酸，电解液铅离子下降至132g/L,总电压降至170V，电流效率上升至95.8%，直流电单耗下降至153kw。

此种创新工艺脱铅法在金德铅业完全得以应用，在不产生技术条件波动情况下，完成电解液铅离子脱除，电解液铅离子下降后电解产量、指标立马得到恢复，取得了非常可观的效果。