[發明專利]一種堿性溶液中的金屬電解方法

有效

• 申請號: 201310292375.5
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103540954A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 張超
• 申請（專利權）人: 張超
• 主分類號: C25C1/16
• 分類號: C25C1/16;C25C1/18
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明的目的是提供一種經濟、高效并且環保的金屬濕法冶煉方法。

背景技術

鉛、鋅是重要的工業金屬，隨著科技的發展，高純度的鉛、鋅的需求量越來越高。目前鉛、鋅的冶煉的方法主要為火法冶煉。鉛鋅的火法工藝較為成熟，但是在冶煉過程中污染較為嚴重。鉛火法冶煉的還原過程中，會產生鉛蒸汽與鉛粉塵，對環境造成嚴重污染。鋅火法冶煉中，因鋅常與鎘共生，在冶煉的過程中會產生含鎘粉塵以及廢水，對環境造成嚴重的鎘污染。

鑒于鉛、鋅的火法冶煉環境污染較為嚴重，相對環保的濕法冶煉技術得到較為迅速的發展。其中鉛冶煉的原料主要為廢舊鉛酸電池的鉛膏，鉛膏含有大量的硫酸鉛、氧化鉛、二氧化鉛、鉛，成份較為復雜，目前的濕法回收鉛技術首先將鉛膏轉化為硫酸鉛，硫酸鉛使用氫氧化鈉或碳酸鹽脫硫后得到氧化鉛或碳酸鉛，之后氧化鉛或碳酸鉛進行電解得到氧氣與沉積鉛。其中在鉛膏轉化階段需要消耗大量還原劑、硫酸，硫酸鉛脫硫階段需要消耗大量脫硫劑，在電解階段會產生堿霧或酸霧對環境造成影響，目前較為成熟的酸性鉛鹽電解體系中電解電壓達到2.7V以上，鉛的電解能耗達到700kWh/t。

鋅濕法冶煉技術目前主要為硫酸-硫酸鋅電解體系，氧化鋅或硫酸鋅溶于含有硫酸鋅的硫酸溶液中，通過電解在陽極得到氧氣，陰極得到沉積鋅。此方法避免了火法冶煉的污染，但是在電解過程中，理論槽電壓達到1.99V，實際電解過程中達到3.0V以上的槽壓，鋅的電解能耗達到2400kWh/t以上，同時，鋅在酸性溶液中較易發生自溶解現象，降低了電流效率，進一步增加電解鋅的成本。

目前，高純度的鉛、鋅需在火法冶煉的基礎上進行電解精煉提高鉛、鋅的純度。

鉛、鋅的精煉的方法包括火法精煉和電解精煉兩種?；鸱ň珶捁に囕^為成熟，但是在精煉過程中易造成有價金屬的流失，同時，鉛、鋅在精煉過程中較易形成蒸汽污染環境。為解決以上問題，電解精煉逐漸得到廣泛應用。

目前工業上鉛電解精煉普遍采用的方法為柏茲法，柏茲法在一百多年由A.G.Betts提出，并在次年得到應用并延續至今。柏茲法以粗鉛為陽極，電解鉛為陰極，采用氟硅酸與氟硅酸鉛的水溶液作電解液，控制電解液溫度為30-50℃，然后以電流密度180-200A/m²在電解槽中進行電解。由于陽極中的Cu、Sb、Bi和Ag等金屬的溶解電位高于鉛的溶出電位，在電解精煉過程中以陽極泥的形式在陽極殘留，因而最后在陽極得到表面帶有陽極泥的殘極。柏茲法雖然是精煉鉛的經典方法，但是在工作溫度下，氟硅酸易分解，揮發HF氣體，污染環境，危害工人健康；因錫(-0.14V)與鉛(-0.126V)的沉積電位接近，易造成錫與鉛的共沉積，使沉積鉛的錫含量較高，需要在精煉前或精煉后進行除錫處理；同時，氟硅酸是弱酸，電解溫度較低，因此精煉鉛的電壓較高，接近0.5V，使精煉鉛的過程能耗較高。近年來，有些學者提出在高濃度NaOH溶液中進行鉛精煉，在NaOH溶液中電解鉛可以得到較低槽電壓(不高于0.2V)，這得益于高濃度的NaOH使溶液的導電性得到改善，同時消除了HF氣體對環境的污染。但是，在堿性環境中，錫(-0.91V)、銻(-0.66V)的沉積電位遠低于鉛(-0.54V)，陽極中的錫、銻在電解液中不斷富集，需要定期對電解液進行除銻、除錫，使電解精煉過程得以繼續，降低了勞動效率，成本增加；同時，高濃度的NaOH溶液在電解過程中不可避免的產生堿霧，腐蝕設備，對操作人員造成一定的危害。

目前工業上較為成熟的鋅精煉方法為火法精餾煉鋅，精餾法利用多段蒸發與冷凝除去粗鋅中雜質產出精鋅，每噸鋅消耗0.4-0.5噸標準煤以及70kWh電能，可以得到純度為99.99-99.999%的精餾鋅，但是該法能耗較高，精餾過程中蒸氣的泄露將會對環境造成危害。濕法精煉鋅代表性的為H₂SO₄-ZnSO₄與NaOH-Na₂ZnO₂體系，在這兩種方法中，可以得到較高純度的電解鋅，但是在電解過程中，粗鋅陽極與電解鋅陰極在強酸性與強堿性環境中均會發生自溶與返溶現象，使電解液中的鋅濃度不斷升高，最終使電解過程不能繼續，這也限制了電解精煉鋅的工業化應用。

發明內容

本發明針對現有技術的缺點，提供了一種為鉛、鋅化合物的電解以及鉛、鋅的電解精煉方法，該方法能夠較好地得到電解鉛或電解鋅。

本發明解決上述技術問題所采取的技術方案如下：

一種堿性溶液中的金屬電解方法，包括下列步驟：