柯文帥

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司韶關(guān)冶煉廠，廣東 韶關(guān) 512000）

鉛電解過(guò)程中，使用鉛陽(yáng)極板作為陽(yáng)極，使用電鉛始極片作為陰極，使用硅氟酸鉛溶液作為電解液，在電解槽內(nèi)得到純度為99.9%的陰極鉛。利用電鉛鍋，對(duì)陰極鉛進(jìn)行熔化、除雜、鑄錠等操作，就能得到標(biāo)準(zhǔn)鉛錠。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了鉛電解過(guò)程中雜質(zhì)的行為和控制方法。

1 鉛電解過(guò)程的技術(shù)原理和影響因素

（1）技術(shù)原理。從電極反應(yīng)的角度看，正常的鉛電解情況下，陽(yáng)極反應(yīng)是：Pb-2e=Pb2+，氧化后進(jìn)入電解液；陰極反應(yīng)是：Pb2++2e=Pb，還原后在電極上析出。由此可見(jiàn)，電解期間陽(yáng)極溶解，厚度逐漸變?。魂帢O析出，厚度逐漸變大。陽(yáng)極泥層厚度增大，會(huì)導(dǎo)致槽電壓增高，進(jìn)而影響雜質(zhì)金屬的溶解，必須對(duì)陽(yáng)極泥厚度進(jìn)行控制。正常陰極平滑致密，在陰極方向上存在紋路，伴有金屬光澤；異常陰極疏松、呈現(xiàn)黑色，伴有毛刺、疙瘩，不僅會(huì)降低電流效率，還會(huì)影響電解質(zhì)量。

（2）影響因素。分析影響鉛電解過(guò)程的因素，主要包括以下幾點(diǎn)[1]：①電解液中鉛離子的濃度、含酸量；②添加劑的種類(lèi)和性質(zhì)；③電力線(xiàn)的分布情況；④電解液的溫度、循環(huán)強(qiáng)度；⑤電流密度；⑥電解液中雜質(zhì)的濃度。

2 鉛電解過(guò)程中雜質(zhì)的行為分析

鉛電解中使用的陽(yáng)極板，除了含鉛外，還包括一些雜質(zhì)金屬，例如銅（Cu）、銻（Sb）、鋅（Zn）、砷（As）、鉍（Bi）、鐵（Fe）、銀（Ag）、金（Au）等，這些雜質(zhì)的行為，決定了標(biāo)準(zhǔn)電極電位，影響在電解液中的濃度。具體分析如下：

（1）負(fù)電性金屬。負(fù)電性金屬以鐵Fe、鋅Zn為代表，在鉛電解過(guò)程中，會(huì)和鉛一起在陽(yáng)極溶解，然后進(jìn)入電解液。相比于鉛，F(xiàn)e、Zn的析出電位更負(fù)，因此正常情況下，不會(huì)在陰極析出；而且這些雜質(zhì)的含量低，對(duì)電解過(guò)程影響小。

（2）正電性金屬。正電性金屬以銅Cu、銻Sb、砷As、鉍Bi、銀Ag、金Au為代表，一般會(huì)留在陽(yáng)極板，很少進(jìn)入電解液。一旦進(jìn)入電解液，會(huì)在陰極析出，可在火法初煉時(shí)進(jìn)行控制。第一，銅Cu。銅在陽(yáng)極中的活性小，在缺氧條件下不會(huì)進(jìn)入電解液，因此電解液中的銅含量低。研究顯示[2]，電解液中銅含量低于0.002g/L，析出鉛的含銅量在0.0005%以?xún)?nèi)；如果陽(yáng)極中銅含量超過(guò)0.12%，會(huì)引起槽電壓升高，雜質(zhì)溶解后在陰極析出。第二，鉍Bi。在鉛電解過(guò)程中，鉍的正電性電價(jià)為+0.2V，不能以離子狀態(tài)進(jìn)入電解液，而是留在陽(yáng)極泥上。一般情況下，電解液中鉍含量低于0.0002g/L時(shí)，析出鉛的鉍含量在0.0007%以?xún)?nèi)。第三，銀Ag、金Au。銀和鉛容易發(fā)生共晶反應(yīng)，會(huì)進(jìn)一步提高陽(yáng)極強(qiáng)度；電解液中的銀濃度較低時(shí)，會(huì)和鉛一起放電析出。鉛電解過(guò)程中，金、銀均進(jìn)入陽(yáng)極泥，其中銀以Ag、Ag3Sb等化合物存在，少量從懸浮陽(yáng)極泥帶入。隨著槽電壓、電流密度增大，陰極含銀量也會(huì)增加；在槽電壓、陽(yáng)極泥強(qiáng)度適中時(shí)，陰極銀含量降低至8×10-6%以?xún)?nèi)。此外，在電解液中加入木質(zhì)磺酸鈣，電解液的粘度增加，循環(huán)時(shí)容易出現(xiàn)泡沫，會(huì)吸附部分陽(yáng)極泥，經(jīng)撈渣即可除去。因此，木質(zhì)磺酸鈣具有凈化作用。第四，銻Sb、砷As。在陽(yáng)極板中，銻、砷會(huì)增加陽(yáng)極泥的強(qiáng)度，如果銻含量過(guò)低，陽(yáng)極泥容易散碎；如果銻含量過(guò)高，陽(yáng)極泥強(qiáng)度相應(yīng)增大，一方面難以刷下，增加了電解難度；另一方面錫的溶解速度加快，會(huì)影響鉛的析出質(zhì)量。正常情況下，銻、砷均會(huì)進(jìn)入陽(yáng)極泥，隨著槽電壓升高、電流密度增高，會(huì)有少量銻溶解，并進(jìn)入陰極。

（3）其他雜質(zhì)。其他雜質(zhì)和鉛電極電位相近，以錫為代表，理論上能完全溶解，在陰極析出。實(shí)際電解過(guò)程中，金屬雜質(zhì)和錫會(huì)形成化合物，從而降低錫的溶解電位。陽(yáng)極錫含量低于0.004%時(shí)，析出鉛的銻含量約為0.0005%。

3 鉛電解過(guò)程中雜質(zhì)的控制方法

（1）正常電解過(guò)程。第一，控制陽(yáng)極板的銻、砷含量，能防止陽(yáng)極泥脫落，避免污染析出鉛。由于陽(yáng)極含銻過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極泥層難于刷下；陽(yáng)極含銻過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極泥散碎脫落，影響析出鉛質(zhì)量。對(duì)此，要將陽(yáng)極泥中的銻含量控制在0.5%以上，且銻、砷含量之和在1%以上。檢查槽面時(shí)，操作要輕穩(wěn)，避免陰極或燒板碰到陽(yáng)極。第二，控制陽(yáng)極板的物理規(guī)格。要求陽(yáng)極板平直均勻，沒(méi)有毛刺、飛邊等情況，否則電解期間容易發(fā)生陰極短路，不僅增加了電能損耗，還會(huì)降低鉛的析出質(zhì)量。結(jié)合實(shí)踐，陽(yáng)極板厚度太小，容易掉極，影響鉛的析出數(shù)量；陽(yáng)極板厚度太大，又會(huì)影響洗刷效果，出裝槽難度增大。做好槽面管理工作，提高鉛的洗刷效果，能避免銅、鉍摻雜在析出鉛中。第三，洗滌液完全沉淀后，要均勻進(jìn)入電解液。在陽(yáng)極泥中，銅含量一般在0.6%～10%之間，鉍含量在3%～15%之間，在洗滌液和陽(yáng)極泥的作用下，會(huì)進(jìn)一步提高銅、鉍含量。對(duì)此，在保證鉛析出質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)該多次少量加入洗滌液，將各種雜質(zhì)的含量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以?xún)?nèi)。第四，電解過(guò)程中，減少銅、鉍的溶解量。電解常用設(shè)備均是銅質(zhì)材料，例如導(dǎo)電板、銅棒、盤(pán)管等，在化學(xué)腐蝕作用下，會(huì)導(dǎo)致電解液中銅含量增高。對(duì)此，循環(huán)系統(tǒng)中減少銅質(zhì)材料的使用，可避免銅離子積累在電解液中。

（2）異常電解過(guò)程。第一，凈化。電解液在電解復(fù)產(chǎn)初期被污染，考慮到數(shù)量較大，應(yīng)該采用凈化處理法，將雜質(zhì)降低至正常范圍內(nèi)。一是集中凈化。要求電解液、洗滌液等溶液，進(jìn)入系統(tǒng)前嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，為凈化打下良好基礎(chǔ)。結(jié)合實(shí)際案例，凈化處理后，析出鉛的第一周期末，就能達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。二是分散凈化。對(duì)于少量污染的電解液、洗滌液，采用集中凈化法的成本高。分散凈化則是將其存放在貯液槽內(nèi)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求、電解液雜質(zhì)含量，分散性進(jìn)入系統(tǒng)，通過(guò)分散凈化，達(dá)到鉛析出標(biāo)準(zhǔn)控制要求。第二，隔離沉淀。在連續(xù)性掏槽作業(yè)中，為了避免已經(jīng)污染的電解液進(jìn)入生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)該對(duì)掏槽內(nèi)的電解液進(jìn)行隔離、沉淀。如此處理，懸浮的陽(yáng)極泥會(huì)沉淀下來(lái)，然后和電解液混合后，提高雜質(zhì)的穩(wěn)定性。目前已有企業(yè)采用這種處理方式，結(jié)果顯示析出鉛的質(zhì)量均達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。第三，開(kāi)路系統(tǒng)。一直以來(lái)，電解液在系統(tǒng)中是閉路循環(huán)使用的，由于電解液內(nèi)的雜質(zhì)不斷積累起來(lái)，導(dǎo)致含量明顯增高，并會(huì)增大電解液的電阻率。對(duì)此，對(duì)電解液進(jìn)行開(kāi)路處理，及時(shí)補(bǔ)充新電解液，能有效降低雜質(zhì)含量，如下表1所示。將其應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，還能降低直流電單耗，某企業(yè)的電流強(qiáng)度在7200A～7400A之間，其直流電耗從134.6kWh/t，降低至125.8kWh/t。

表1 不同系統(tǒng)中的電解液成分（單位：g/L）

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鉛電解過(guò)程中，控制電解液中雜質(zhì)的含量，能提高析出鉛的質(zhì)量。文中以Cu、Sb、Sn、As、Bi、Fe、Ag、Au等成分為例，分析了這些雜質(zhì)的特征和對(duì)電解過(guò)程的影響。具體生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)電解過(guò)程是否正常，選擇相應(yīng)的控制方法，以減少雜質(zhì)影響，保證析出鉛的質(zhì)量。