[发明专利]一种利用离子液体低温电沉积锌及锌合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学化工冶金领域，特别是涉及一种利用离子液体低温电沉积生产锌及锌合金的方法。

背景技术

我国是锌储量最大的国家，从1992年开始我国锌产量居世界第一位。现代炼锌法分为火法炼锌和湿法炼锌两大类。其中，由于湿法炼锌资源综合利用好，单位电能单耗相对较低，环境友好程度高等优点，成为锌冶金技术发展的主流。锌的电沉积是湿法炼锌的最后一道工序。在锌的电沉积中，由于析氢反应的存在，致使电流效率降低，电能单耗增加，锌的沉积层凹凸不平，且电沉积所需温度高等问题。如何在获得高质量的金属锌且消除电沉积液对环境的危害已成为绿色电化学和环保工业亟待解决的问题。

离子液体是一种完全由离子构成的室温融盐，通常由几何结构不对称的有机阳离子和无机或有机阴离子组成。离子液体具有化学热稳定性高、不可燃、蒸气压低、电导率高、毒性小、电化学窗口宽等特性。离子液体在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积得到的金属及其合金，但是又没有高温熔盐那样的强腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是针对目前工业电沉积生产锌和锌合金存在的一些问题，如高能耗、对环境不友好、腐蚀设备，成本大、污染环境等问题，提出一种利用离子液体进行电沉积生产锌和锌合金的方法，该方法操作温度低、能耗少、对设备腐蚀性小，将大大降低生产成本。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的一种利用离子液体低温电沉积锌的方法，该方法包括下述步骤：1)将氯化锌ZnCl₂溶解于混合离子液体中，加热保持温度在60～150℃，配制电解液；

2)以高纯石墨为阳极，固体锌或金属铜为阴极，进行直流电沉积；

3)将阴极与阳极垂直排列于电沉积槽中，电极表面相互平行，槽体内至少设有一组以阳--阴--阳方式排列的电极，用此方式在同一槽内或分布多组电极，即阳--阴--阳--阴…--阳；

4)控制恒电位-0.5V～-1.2V、阴极电流密度在5-20A/m²，极距15～40mm，电沉积温度60～150℃；

5)在阳极产生氯气，阴极上析出固体锌。

本发明的一种利用离子液体低温电沉积锌合金的方法，该方法包括下述步骤：

1)将氯化锌ZnCl₂、合金元素氯化物MeCl_n溶解于混合离子液体中，加热保持温度在60～150℃，配制混合金属氯化物-离子液体电解液；

2)以高纯石墨为阳极，固体锌或金属铜为阴极，进行直流电沉积；

3)将阴极与阳极垂直排列于电沉积槽中，电极表面相互平行，槽体内至少设有一组以阳--阴--阳方式排列的电极，用此方式在同一槽内或分布多组电极，即阳--阴--阳--阴…--阳；

4)控制恒电位-0.5V～-1.5V、阴极电流密度在5-20A/m²，极距15～40mm，电沉积温度60～150℃；

5)在阳极产生氯气，阴极上析出固体锌合金。

上述电沉积锌或锌合金中采用的离子液体是由烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基吡咯阳离子、烷基季铵阳离子、烷基季膦阳离子、氟代烷基咪唑阳离子、氟代烷基吡啶阳离子、氟代烷基吡咯阳离子、氟代烷基季铵阳离子或氟代烷基季膦阳离子与Cl^-、AlCl₄^-、BF₄^-、PF₆^-、NO₃^-、N(CF₃SO₂)^-或CF₃SO₃^-阴离子组成的一种纯离子液体或者两种以上的混合离子液体。

所述合金元素氯化物MeCl_n为AlCl₃、CuCl₂、MgCl₂或FeCl₃中的一种。