高氯酸法粗铅电解精炼新工艺及其工程化研究

摘要

铅酸电池以其技术成熟、电化学性能稳定和价格低廉等优点成为汽车、电动车、UPS和太阳能发电重要的化学电源，极大促进了精铅消费的增长。粗铅精炼主要有火法精炼和电解精炼两种精炼工艺。由于火法冶炼工艺存在工序复杂，铅直收率和贵金属回收率低，高能耗，环境污染严重等缺点，因此湿法精炼工艺成为优选工艺。现有的湿法电解工艺是以氟硅酸作为电解液的Betts法，该方法不仅存在电解能耗高的问题，而且在电解过程受热易挥发并分解出有毒氟化物HF和SiF4，对员工身体、车间环境和大气造成严重的氟污染。针对粗铅湿法电解存在的问题，本文利用稀高氯酸溶液作为稳定的非氧化性电解液，在安阳岷山集团建立了9.1m3的电解装置，进行新型无氟节能粗铅电解精炼工艺工程化研究。围绕粗铅电解精炼过程，本论文的主要研究内容如下:
　　(1)利用恒流电解、动电位扫描、交流阻抗和塔菲尔等电化学测试方法研究了联合添加剂对铅阴极电沉积过程的影响，研究结果表明:采用添加剂A、添加剂C和添加剂D作为联合添加剂可以获得良好的沉积铅效果。
　　(2)利用电化学方法研究了电解液中的主要杂质对铅阴极电沉积过程的影响，研究结果表明:采用高氯酸作为电解液电解槽电压更低，杂质不会积累到有害程度;在电流密度400Am-2条件下，阳极泥含量0.4g L-1、Cu2+含量0.003g L-1、Bi3+含量0.002g L-1、Fe3+含量1.5g L-1、Sb3+含量0.3g L-1时不会对电解槽压、沉积铅纯度和形貌产生较大危害;针对复产初期杂质超标问题，采用金属置换法可将电解液净化至安全线以下。
　　(3)在经历200L、500L到9m3三个阶段200余天的连续电解，结果表明:电解条件范围为HClO4浓度240-250g L-1，Pb2+浓度85-95g L-1，电解温度35-50℃，电解液循环速度20-45L min-1，电流密度170-350Am-2;新工艺在170A m-2电流密度下，吨铅能耗仅48kWh，电流效率大于99％，可比柏兹法节能60％，沉积铅纯度可达99.9991％;当电流密度300A m-2时，吨铅能耗仅90kWh，电流效率大于97％。在高氯酸体系进行粗铅电解精炼，可以达到节能、增产、环保的目的，并实现较好的经济效益和社会效益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铅的性质

1．1．1 铅的物理性质

1．1．2 铅的化学性质

1．1．3 铝的主要化合物

1．2 铅资源的来源与应用

1．3 铅冶炼工艺综述

1．3．1 火法冶炼工艺

1．3．2 湿法冶炼工艺

1．4 铅污染与防治

1．5 选题的提出与意义

1．5．1 课题的目的

1．5．2 主要研究内容与创新点

第二章 添加剂对高氯酸体系中粗铅电解精炼工艺的影响研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料与药品

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 扫描速度对电解液循环伏安曲线的影响

2．3．2 添加剂A和D作为联合添加剂对电解工艺的影响研究

2．3．3 添加剂C作为联合添加剂对电解工艺的影响研究

2．4 本章小结

第三章 杂质对高氯酸体系中粗铅电解精炼工艺的影响研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料与药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 杂质在电沉积过程中行为的理论分析

3．3．2 杂质对电解工艺的影响研究

3．3．3 电解液净化

3．4 本章小结

第四章 高氯酸体系中粗铅电解精炼工艺中试研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料与试剂

4．2．2 实验仪器与设备

4．2．3 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 HClO4-Pb(ClO4)2电解液对电解中试的影响研究

4．3．2 粗铅纯度对电解中试的影响研究

4．3．3 温度对电解中试的影响研究

4．3．4 电流密度对电解中试的影响研究

4．3．5 电解极距和循环对电解中试的影响研究

4．3．6 添加剂对电解中试的影响研究

4．3．7 沉积铅形貌分析

4．3．8 沉积铝纯度分析

4．3．9 电解液的净化处理

4．3．10 阳极泥洗涤与组分分析

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

作者及导师介绍