氨性体系中锌电积添加剂的研究

摘要

我国氧化锌矿资源丰富，氨法处理氧化锌矿工艺，具有净化过程简单、浸出液可循环使用，环境污染小等优点。目前，氨法处理氧化锌矿浸出和净化技术已较为成熟，但由于缺乏有效的电解添加剂，氨性体系直接电积锌过程难以控制，最终电积锌产品难以得到锌板。针对这一问题，本文开展了氨性体系中锌电积添加剂的研究。
　　合成了新型添加剂苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵以及制备了单分子胺类氯盐、大分子胺类氯盐、多分子胺类氯盐，并通过核磁共振和红外光谱进行了分析表征。通过不同添加剂对电积锌试验的影响结果得出，同类有机添加剂虽然含有同一种基团，由于分子结构、碳链长度的不同，对锌电积的影响也不相同。遴选出了效果较好的TA类添加剂（改善表面形貌），大分子胺类氯盐和多分子胺类氯盐；TB类添加剂（提高电流效率），四甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵。得出大分子胺类氯盐和多分子胺类氯盐的较优浓度为2mL·L-1，四甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵的较优浓度分别为50mg·L-1和75mg·L-1。并通过电化学测试分析，发现大分子胺类氯盐和多分子胺类氯盐对阴极极化作用影响较大。
　　通过不同添加剂的组合使用，优化浓度组合，当多分子胺类氯盐为1.5mL·L-1、苄基三甲基氯化铵为65mg·L-1组合使用时，电流效率达到最高为95.37％，电积得到的锌板表面光滑平整，晶粒均匀紧密。
　　优化锌电积工艺，考察了极距、电流密度、电积时间和初始锌离子浓度对电积锌试验的影响，得到较优试验条件为：极距3cm、电流密度400A·m-2、电积时间4h。在优化试验条件下，当电解液初始锌离子浓度大于20g·L-1时，电流效率大于90%，电积锌板表面较为致密平整。最优锌电积试验条件稳定，重复性较好。
　　开展了组合添加剂在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系和NH3-(NH4)2CO3-H2O体系的应用，添加剂同样能够有效提高电流效率和改善电积锌表面形貌，电流效率分别达到92.59%和93.52%，电积锌板表面较为致密平整。
　　通过电化学测试分析研究发现，上述添加剂会增大阴极极化，导致极化超电压升高，有利于晶核形成和晶粒细化，得到致密平整的沉积层。但阴极极化作用过强会导致电流效率有所降低。

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第一章 绪 论

1.1 我国锌资源状况

1.2 氧化锌矿的湿法冶金工艺

1.3 氨性体系浸出液中锌的提取

1.4 碱性体系锌电积添加剂的研究现状

1.5 添加剂的作用机理及研究

1.6 课题的提出及意义

1.7 课题的研究内容与研究目标

1.8 课题研究的创新点

第二章 实验试剂、设备及实验方法

2.1 实验材料及仪器设备

2.2 实验方法

2.3 表征方法

第三章 添加剂的制备与表征

3.1 苄基三甲基氯化铵的合成制备与表征

3.2 苄基三乙基氯化铵的合成制备与表征

3.3 单分子胺类氯盐的制备与表征

3.4 大分子胺类氯盐的制备与表征

3.5 多分子胺类氯盐的制备与表征

3.6 本章小结

第四章 单组分添加剂的使用与遴选

4.1 四甲基氯化铵对电积锌试验的影响

4.2 四丁基氯化铵对电积锌试验的影响

4.3 苄基三甲基氯化铵对电积锌试验的影响

4.4 苄基三乙基氯化铵对电积锌试验的影响

4.5 十六烷基三甲基氯化铵对电积锌试验的影响

4.6 N-苄基羧基吡啶氯化铵对电积锌试验的影响

4.7 单分子胺类氯盐对电积锌试验的影响

4.8 大分子胺类氯盐对电积锌试验的影响

4.9 多分子胺类氯盐对电积锌试验的影响

4.10 本章小结

第五章 添加剂的组合使用

5.1 大分子胺类氯盐与四甲基氯化铵的组合使用

5.2 大分子胺类氯盐与苄基三甲基氯化铵的组合使用

5.3 多分子胺类氯盐与四甲基氯化铵的组合使用

5.4 多分子胺类氯盐与苄基三甲基氯化铵的组合使用

5.5 本章小结

第六章 NH3-NH4Cl-H2O体系锌电积试验条件优化

6.1 极距对电流效率和表面形貌的影响

6.2 电流密度对电流效率和表面形貌的影响

6.3 电积时间对电流效率和表面形貌的影响

6.4 初始锌离子浓度对电流效率和表面形貌的影响

6.5 稳定性试验研究

6.6 电化学研究

6.7 本章小结

第七章 添加剂的适应性研究

7.1 NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中添加剂对电积锌的影响

7.2 NH3-(NH4)2CO3-H2O体系中添加剂对电积锌的影响

7.3 本章小结

第八章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果