濕法煉鋅中電解過程添加劑的選擇

1、四川有色金屬Sichua n Non ferrous Metals#濕法煉鋅中電解過程添加劑的選擇(四川省會東鉛鋅礦會東縣615205)摘要：鋅電解過程向電解液內(nèi)添加的藥品種類很多，其作用互相制約互相聯(lián)系，它們配合的最佳化是電解操作的重要條件。對這些添加劑的種類、用途、作用機(jī)理等做較深入的探討顯得尤為必要。關(guān)鍵詞：濕法煉鋅；添加劑；電積；析出；電解液Selection of Additives for Electrolytic Zinc Refining ProcessYan Wei(Sichua n Hui do ng Lead - zin c M i ne, Hui do ng , Sic

2、hua n ,615205,Chi na)Abstract :Many kinds of additives were used in the electrolytic refining processof zinc. Their roles are re2 stricted and conn ected eachother. The optimal comb in ati on of severaladditives is a n i mporta nd con diti on for satisfactory electrolytic refining process. Make furt

3、her exploration on the kinds ,usesand reaction mechanism of these additive is necessaryfor selecting suitable additives.Keywords :Hydrometallurgy of zinc ;Additive ; Electrowinning ;Deposition ; Electrolyte>1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 四川有色金屬S

4、ichua n Non ferrous Metals43 收稿日期：2004 - 01 - 30 作者簡介：顏煒，男（1975 -）,畢業(yè)于南方冶金學(xué)院有色冶金專業(yè)，現(xiàn)就職于會東鉛鋅礦“、八、亠1冃I言在濕法煉鋅中，電解工序是生產(chǎn)鋅錠最關(guān)鍵 的一步，它對成本高低和電鋅質(zhì)量影響最大 。而 電積過程的添加劑選擇及加入量和加入方式對電 解操作指標(biāo)的控制和環(huán)保要求具有重要的意義 。濕法煉鋅的添加劑有三種方式進(jìn)入鋅電解系 統(tǒng),第一種是我們希望加入的 ，其目的是為了改善 陰極極出鋅的物理化學(xué)質(zhì)量、降低槽電壓和改善 工作環(huán)境。如:牛膠、碳酸鍶等。第二種是電解上 序操作添加藥品殘存帶入。如:選礦帶入的黃藥、

5、黑藥；浸出加入的3#絮凝劑；凈化工序加入的除 銻鈷藥品等。第三種是操作失誤帶入 。如：溶液 輸送過程中設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的潤滑油及其他帶入的雜 質(zhì)。后兩類添加劑是我們不希望帶入的 ，它們的 含量雖低，卻可能會惡化電解操作 ，導(dǎo)致生產(chǎn)事 故。因此，本文將較全面的分析這些添加劑對鋅 電積的影響，并提出一些添加劑的添加原則以及 防治的方法。2主要添加劑對電積的影響211牛膠膠類物質(zhì)是動物蛋白質(zhì)，廣泛的用于電解工業(yè)，它從動物的骨骼、肌肉中提煉出來 ，一般用： H2NCHRCOOH表示。它在不同的溶液中，隨pH 值的不同發(fā)生不同的變化，如下式：+H+/OH-H+/OH-H3 NCHRCOOHH2NCHRCOOH

6、H2NChrco8。在酸性溶液中，陽離子過量，因此 H3+NCHRCOOH向陰極移動；反之，在堿性溶液 中，陰離子過量，因此H2NCHRCOO -向陽極移 動。當(dāng)牛膠做為鋅電積的添加劑加入，受直流電作用向陰極移動，并在陰極表面上形成一層薄膜。21111牛膠對鋅電積的作用鋅電積的陰極反應(yīng)為：Zn + 2e Zn J E Zn / Zn = - 0.76V ,由于膠質(zhì)吸附于陰極表面 ,Zn2 +要放電沉 積，必須通過這層膠質(zhì)才行 。依據(jù)愛德-格魯茲定律:N zn = aexp（ - b/n2）（其中N2n表示晶核生成 速度,a ,b為常數(shù)打?yàn)闃O化超電壓?？芍帢O表 面的膠質(zhì)使極化超電壓增大，晶核

7、生成速度增大, 超過晶體的成長速度，這樣形成的結(jié)晶將會變得 細(xì)密。因此，在鋅電積時加入適量牛膠，可使陰極 鋅結(jié)構(gòu)平整致密。同時，這層膠質(zhì)還會阻止H+向陰極的擴(kuò)散，減弱2H + + 2e = H2 f的反應(yīng),這樣氫氣析出少 了 ,電能利用率將會增高，電流效率隨之增大。|牛膠存在時，可阻止電解液中少量比鋅更易 析出（正電性金屬）的離子不會與陰極鋅形成微電 池而放電，抑制生產(chǎn)中常見的返溶現(xiàn)象。21112牛膠用量在生產(chǎn)中，牛膠一般是從鋅電解的上溜槽（進(jìn) 液口）加入,為增加牛膠的利用率，一般是在剛出槽時加大用量，隨著電積的進(jìn)行逐漸遞減。牛膠是一種有機(jī)物，在酸性溶液中會被分解，同時被廢電解液帶走一部分，因

8、而消耗較大，要隨時補(bǔ)充。 牛膠過多，會增加溶液比電阻，導(dǎo)致槽電壓升高； 也會導(dǎo)致析出鋅脆、硬，不易剝離，加大材料消耗 和勞動強(qiáng)度。大量實(shí)踐證明，保持牛膠用量在013016K析出鋅或1015mg/l電解液組成是 比較理想的。212 碳酸鍶為了提高陰極鋅的化學(xué)質(zhì)量（主要是鉛含量），我們一般加入碳酸鍶，在酸性條件下，它轉(zhuǎn)變 為溶解度更小的硫酸鍶，與硫酸鉛晶格結(jié)構(gòu)相似 大小相近，易形成類質(zhì)同晶而共沉淀。其化學(xué)反 應(yīng)式為：2SrCO3 + SO42SrSO4 + CO3SrSO + PbSO混晶穩(wěn)定而不溶解。在生產(chǎn)中 的用量為1152.0Kg/tZ n, 般分次在電解液入口 處加入。碳酸鍶用量與陰極析出

9、鋅的關(guān)系如下圖。陰極鋅pb含as LO L5 2.0 SrCOs (kg)碳酸鍶還可用碳酸鋇（BaCO3）、水玻璃 （Na2SiO3）等替代，其作用機(jī)理相似。213析出鋅表面活性物質(zhì)這類物質(zhì)可分為親水性和疏水性 ，如苯、酚、 磺酸鹽等芳香族化合物 ，其中以B奈酚、磺酸鹽用 得最多。21311 磺酸鹽類磺酸鹽屬于親水性表面活性物質(zhì)，它在水中易離解，烷基磺酸鹽的離解為： - +R - SO3MR - SO3 + M烷基苯磺酸鹽的離解為：R - C4 H4 - SQMR - C4 H4 - SO3 +M 。這些離解出磺酸根陰離子易與 Zn2 +形成絡(luò) 合陽離子（R- SO3Zn+ 或 R- C4H4

10、 - SO3Zn + ），放 電遲緩而引起陰極極化值增加，晶格成長變慢，使 陰極析出鋅平整細(xì)化，從而改善其物理質(zhì)量。21312 3奈酚類3奈酚屬于疏水性表面活性物質(zhì)，它在陰極表面上吸附形成薄膜，引起陰極極化值增加，晶格 成長變慢，使陰極析出鋅平整、光滑、致密。同時, 該吸附薄膜也能象膠質(zhì)一樣阻礙已析出鋅與鈷、鎳、銅等正電性金屬離子形成微電池，抑制鋅的返 溶。大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，對于表面活性物質(zhì)需合 理使用，才會產(chǎn)生滿意的效果。如將牛膠與表面 活性物質(zhì)適當(dāng)配合添加 ，它們之間互相促進(jìn)又互 相阻礙，能取得很好的效果。214降低酸霧的添加劑隨著人們生活水平的提高，環(huán)保的呼聲也越來越強(qiáng)烈。我國目前許多電

11、鋅生產(chǎn)廠家車間酸霧 都大大超標(biāo) （國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)是：空氣中含酸 <2mg/ m3）,這樣的工作環(huán)境不僅危害了操作人員 的身體，而且腐蝕設(shè)備并造成電解液的揮發(fā)損失,污染環(huán)境。酸霧是鋅電解過程的電極反應(yīng)放出的氧氣和氫氣在上升過程中帶出部分微小的電解液顆粒,懸浮于空氣中形成的 。要想減少酸霧，需從它的 形成機(jī)理入手，盡量減少氣體帶走的電解液數(shù)量O在生產(chǎn)中，我們常常加入皂角粉 、絲石竹、大豆餅 和水玻璃等一類起泡劑，它們在電解液表面形成一泡沫層，一般為20mm厚，這些泡沫的分子結(jié)構(gòu) 為一端是極性基團(tuán)，另一端是非極性基團(tuán)，由相似 相溶原理，極性基團(tuán)指向電解液，非極性基團(tuán)指向 空氣，形成穩(wěn)定的液一氣界

12、面 ，電極反應(yīng)產(chǎn)生的小 氣泡在穿越泡沫層時速度減慢，同時小氣泡會自發(fā)變?yōu)榇髿馀?，大氣泡氣壓小，表面積也小，帶走 的液粒也相應(yīng)少得多，就好像將電解液顆粒過濾 下來一樣，達(dá)到降低酸霧的目的。215使析出鋅易于剝離的添加劑鋅電解的陰極板表面有一層薄薄的氧化膜 （AI2O3），它阻斷了鋁與鋅的直接接觸而粘結(jié)，使陰極鋅的剝離容易。但當(dāng)電解液中含有較高的氟 離子時，氟離子會與氧化鋁反應(yīng)，使極板裸露出單 質(zhì)鋁和鋅粘連。因此必須阻止氟離子與鋁板的接 觸。在生產(chǎn)上，當(dāng)電解液中F- >20mg/l時，我們 加入吐酒石（或酒石酸銻鉀）來防止。它們在電解 液中的離解為：+ + 2 -K（SbO）C4HQ6K +

13、 SbO +C4H4O6+ , 、 +SbO +2H2OSb（OH）3 + HSb（OH）3在酸性溶液中極易生成，是一種帶正電荷的凍膠性質(zhì)的膠體，吸附在陰極鋁板上形成一層結(jié)構(gòu)疏松的薄膜，使陰極鋅易于剝離。吐酒石一般在陰極板裝入前從進(jìn)液口加入,其加量為控制電解液含銻在 011012mg/l范圍 之內(nèi)。3其他工序帶入的添加劑 的返溶、燒板、電效下降等現(xiàn)象，這很可能是前面 我們所說的第一、二類藥品所致。因此我們要查 明原因，對癥下藥，才能解決生產(chǎn)實(shí)際問題 。為克服此類添加劑的影響 ，我們應(yīng)做到：沸騰 焙燒要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕精礦進(jìn)入浸出工序；加強(qiáng)生 產(chǎn)管理，選擇性能良好的過濾布，把好新液質(zhì)量關(guān);對不合格

14、的新液要經(jīng)過單獨(dú)處理，合格后方可 送電解；凈化用鋅粉，其質(zhì)量必須穩(wěn)定、可靠，防止 有害成分進(jìn)入新液中。只有這樣，才能避免此類 生產(chǎn)事故的發(fā)生。4電解添加劑的選擇及結(jié)論鋅電解過程是較復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，涉及的因素很多，許多添加劑是互相制約互相促進(jìn)的，其加入量、加入方式和加入時間的不同將會影響整 個電積操作，因而要區(qū)別對待，合理安排。一般情 況下，選擇添加劑應(yīng)具有如下要求:（一）具有良好的水溶性，即帶有“親水基團(tuán)”。（二）具有良好的 吸附性，有較大的吸附電位空間 。（三）添加劑必 須穩(wěn)定。（四）分子結(jié)構(gòu)是線型結(jié)構(gòu)和不十分復(fù)雜 的支鏈結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，且含有極性基團(tuán)?？傊\電解主要是 Zn2 +放電析出的

15、過程 , 凡一切有利Zn2 +析出的藥品都對電積有利，但應(yīng)注意添加劑的配合使用、加入時間、方式、加入位置、用量大小等因素。同時，應(yīng)區(qū)分不同廠礦的電 解液成分并與之相適應(yīng)的最佳添加劑組合，這都是一個不斷試驗(yàn)、驗(yàn)證、優(yōu)化的過程。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 四川有色金屬Sichua n Non ferrous Metals#在選礦工序帶入黃藥、黑藥，浸出工序帶入3#絮凝劑等，一般情況下，其含量甚微但對鋅電 解過程帶來的影響不可忽視。在電鋅生產(chǎn)中，有時會發(fā)生不明原因（排除電解液成分和電解操作 ）參考文獻(xiàn)【1】鋅冶金，東北工學(xué)院出版社【2】重冶金學(xué)，冶金工業(yè)出版社，1995年5月版【3】鋅冶金學(xué)，云南科技出版社，1996年12月版1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserve