浅谈降低铅电解过程电解液电阻的方法

浅谈降低铅电解过程电解液电阻的方法

陈剑

陈剑陕西有色金属矿山公司721707

摘要本文通过对铅电解过程影响电解电耗的影响因素进行分析，提出降低电解液电阻是降低电解电耗的关键因素，并对目前降低电解液电阻的方法进行了综述。

关键词铅电解电解液电阻

铅电解精炼是将经过初步火法精炼后但还含有少量杂质的铅作阳极，用电解析出铅作为阴极，悬挂在盛有硅氟酸和硅氟酸铅的水溶液的电解液中，借直流电的作用进行电化学反应从而获得纯铅和含有价金属阳极泥的过程[1]。在电流的作用下阳极上的铅发生溶解，进入溶液，在阴极上发生铅离子的得电子反应，在阴极析出。在此过程中，比铅电位高的金属不溶于电解液而以阳极泥的形式附着在铅阳极上，比铅电位低的金属溶解进入电解液，从而使铅得到纯化。铅精炼系统电解部分的电耗约占整个铅精炼系统总电耗的70%，电流效率的提高，将会使电耗降低，酸耗降低，因此提高电流效率对电解而言具有重要的意义[2]。随着节能降耗的形势的发展，对提高铅电解电流效率的研究已成为各铅电解生产厂需要解决的关键问题之一。在整个铅电解槽的槽压中，电解液的电位降占到整个槽压的74%左右。因此如何降低电解液的电位降是降低铅电解电耗的主要途径，本文主要对影响电解液电导率的因素进行分析和论述。

1．铅电解槽压和电流效率与直流电耗的关系

槽电压和电流效率与直流电耗的关系式如下：

W=V/(q×η)×1000kWh（1）

式中：W为阴极析出1t铅所消耗的电能，kWh;V为槽电压，V;q为铅的电化当量3.865g/A·h;η为电流效率，%。

由上式可知，铅电解直流电耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。因此要降低铅电解直流电耗就需要降低槽电压和提高电流效率。槽电压主要由电解液电压降、导体电压降、各接触点电压降、阳极泥与浓差极化和电解液电压降等组成[3]。而槽电压中电解液的电压降占到槽电压的70%左右，所以研究影响电解液电压降的因素是降低电耗的关键问题之一。

2影响电解液电阻的因素

影响电解液电阻的因素主要有电解液的成分，电解液温度，添加剂的量及极距等。

2．电解液成分控制

2.1控制铅酸比

电解液电压降主要是由电解液成分所决定，铅电解精炼电解液包括PbSiF6、游离硅氟酸等。适当的提高游离硅氟酸的浓度，可以明显改善电解液的导电性，降低电解液电压降。电解液比电阻随游离H2SiF6浓度的增大和硅氟酸铅的浓度的降低而降低。电解液的比电阻与Pb2+含量成正比，与SiF62-含量成反比，而电解液的导电率与Pb2+含量则成反比。因此铅电解生产中选择合适的酸铅比是十分重要的。株洲冶炼厂高电流密度生产时游离酸控制在105±5g/L，铅离子浓度控制在55～70g/L，生产取得了较为理想的效果，直流电耗较中低电流密度时也有所降低。而国内另一大型铅生产企业韶关冶炼厂，在铅高电流密度电解生产时，控制电解液游离酸120±5g/L，铅离子浓度90～130g/L时也取得了较理想的生产效果。

2.2电解液温度

电解液温度对直流电耗也有重要的影响，电解温度如果过低，电解液粘度增加，溶液的扩散速度就会减慢，导电性也随之变差[4]。适当提高电解液温度可以使铅电解液的粘度降低，加快离子扩散，同时也降低了电解液比电阻和阴极附近的超电位，从而明显改善电解液体系的导电性能。日本神冈铅冶炼厂根据生产经验总结出电解液比电导与电解液中硅氟酸浓度和电解液温度存在以下关系:

X=-0.043+0.0307T+0.032C(2)

式中:X为电解液比导电，Ω/cm;T为电解液温度，K;C为电解液中游离硅氟酸浓度，g/L。

从公式(2)可以得知，电解温度对电解液比电导的影响较大。从国内目前生产现状看，在高电流密度生产时，电解液温度一般控制在45℃左右。由于聚丙烯内衬和PE一次成形电解槽的推广使用，避免了过去沥青胶泥衬里由于温度高而产生的软化或鼓泡现象[5]。

2.3合理加入添加剂

由于铅的电化学当量较大，电解过程中有阳极泥层形成，浓差极化显著，电解液的电阻较大，分散能力差，阴极结晶状态不平整等因素，需要向电解液中加入添加剂。通常电解过程加入的添加剂主要为骨胶和乙萘酚，电解液经长期使用和过量加入的骨胶后，骨胶分解产物氨基酸浓度增加，对电解液的比电阻影响很大。据某厂的实践，用骨胶和乙萘酚为添加剂，在槽压0.42V时的电效为93.3%，在添加剂中搭配一部分植物胶后，在槽压为0.406时，电效可达到95.7%[6]。

2.4极距

同极中心距对电压影响也比较大，一般来说极距小，槽电压低，极距大，则槽电压也大。

电解液电阻引起的电压降用下式表示：

E=Dk×ρr×L×104（3）

式中：Dk为电流密度，A/m2;ρr为比电阻，·cm；L为极距，cm

由上式可以看出，电解液电阻引起欧姆电压降，并且电压降与极距成正比，减小极距可以降低欧姆电压降，从而降低槽电压及直流电耗。万洋公司在电解生产中采用90mm的同极距，比目前常用的95mm缩短了5mm[7]。

3．结语

铅电解直流电耗占整个铅电解工艺能耗的90%以上，在目前节能降耗的大形势下，通过降低铅电解直流电耗，可以实现降低成本，提高经济效益的目的，而降低电解液的电阻则是降低电耗比较直接的途径，尽管降低电解液电阻可以有效降低电耗，但铅电解是一个系统过程，其影响因素还有很多，需要进行相互协调，才能获得较优的降低电耗的条件。

参考文献

【1】翦英军.铅电解过程中杂质的行为及控制[J].湖南有色金属.2001(S1):13-16.

【2】张勇.浅谈降低铅电解精炼直流电耗的途径[J].云南冶金.2009(S1):38-41.

【3】李波，贾喜君.浅论降低铅电解精炼直流电耗的有效措施[J].金属材料与冶金工程.2007(04):43-46.

【4】王宝军.铅电解析出铅结晶易发生的波动及处理方法[J].有色矿冶.2011(03):38-39.

【5】夏中卫.添加剂在柏兹法铅电解中的应用[J].湖南有色金属.2003(04):20-23.

【6】戴军，王德全，姜澜，等.铅电解精炼添加剂的应用及进展[J].有色金属.2003(01):75-80.

【7】铅电解节能降耗技术浅议[C].中国云南曲靖:2010.