[发明专利]一种碱性溶液中的金属电解方法

说明书

技术领域

本发明的目的是提供一种经济、高效并且环保的金属湿法冶炼方法。

背景技术

铅、锌是重要的工业金属，随着科技的发展，高纯度的铅、锌的需求量越来越高。目前铅、锌的冶炼的方法主要为火法冶炼。铅锌的火法工艺较为成熟，但是在冶炼过程中污染较为严重。铅火法冶炼的还原过程中，会产生铅蒸汽与铅粉尘，对环境造成严重污染。锌火法冶炼中，因锌常与镉共生，在冶炼的过程中会产生含镉粉尘以及废水，对环境造成严重的镉污染。

鉴于铅、锌的火法冶炼环境污染较为严重，相对环保的湿法冶炼技术得到较为迅速的发展。其中铅冶炼的原料主要为废旧铅酸电池的铅膏，铅膏含有大量的硫酸铅、氧化铅、二氧化铅、铅，成份较为复杂，目前的湿法回收铅技术首先将铅膏转化为硫酸铅，硫酸铅使用氢氧化钠或碳酸盐脱硫后得到氧化铅或碳酸铅，之后氧化铅或碳酸铅进行电解得到氧气与沉积铅。其中在铅膏转化阶段需要消耗大量还原剂、硫酸，硫酸铅脱硫阶段需要消耗大量脱硫剂，在电解阶段会产生碱雾或酸雾对环境造成影响，目前较为成熟的酸性铅盐电解体系中电解电压达到2.7V以上，铅的电解能耗达到700kWh/t。

锌湿法冶炼技术目前主要为硫酸-硫酸锌电解体系，氧化锌或硫酸锌溶于含有硫酸锌的硫酸溶液中，通过电解在阳极得到氧气，阴极得到沉积锌。此方法避免了火法冶炼的污染，但是在电解过程中，理论槽电压达到1.99V，实际电解过程中达到3.0V以上的槽压，锌的电解能耗达到2400kWh/t以上，同时，锌在酸性溶液中较易发生自溶解现象，降低了电流效率，进一步增加电解锌的成本。

目前，高纯度的铅、锌需在火法冶炼的基础上进行电解精炼提高铅、锌的纯度。

铅、锌的精炼的方法包括火法精炼和电解精炼两种。火法精炼工艺较为成熟，但是在精炼过程中易造成有价金属的流失，同时，铅、锌在精炼过程中较易形成蒸汽污染环境。为解决以上问题，电解精炼逐渐得到广泛应用。

目前工业上铅电解精炼普遍采用的方法为柏兹法，柏兹法在一百多年由A.G.Betts提出，并在次年得到应用并延续至今。柏兹法以粗铅为阳极，电解铅为阴极，采用氟硅酸与氟硅酸铅的水溶液作电解液，控制电解液温度为30-50℃，然后以电流密度180-200A/m²在电解槽中进行电解。由于阳极中的Cu、Sb、Bi和Ag等金属的溶解电位高于铅的溶出电位，在电解精炼过程中以阳极泥的形式在阳极残留，因而最后在阳极得到表面带有阳极泥的残极。柏兹法虽然是精炼铅的经典方法，但是在工作温度下，氟硅酸易分解，挥发HF气体，污染环境，危害工人健康；因锡(-0.14V)与铅(-0.126V)的沉积电位接近，易造成锡与铅的共沉积，使沉积铅的锡含量较高，需要在精炼前或精炼后进行除锡处理；同时，氟硅酸是弱酸，电解温度较低，因此精炼铅的电压较高，接近0.5V，使精炼铅的过程能耗较高。近年来，有些学者提出在高浓度NaOH溶液中进行铅精炼，在NaOH溶液中电解铅可以得到较低槽电压(不高于0.2V)，这得益于高浓度的NaOH使溶液的导电性得到改善，同时消除了HF气体对环境的污染。但是，在碱性环境中，锡(-0.91V)、锑(-0.66V)的沉积电位远低于铅(-0.54V)，阳极中的锡、锑在电解液中不断富集，需要定期对电解液进行除锑、除锡，使电解精炼过程得以继续，降低了劳动效率，成本增加；同时，高浓度的NaOH溶液在电解过程中不可避免的产生碱雾，腐蚀设备，对操作人员造成一定的危害。

目前工业上较为成熟的锌精炼方法为火法精馏炼锌，精馏法利用多段蒸发与冷凝除去粗锌中杂质产出精锌，每吨锌消耗0.4-0.5吨标准煤以及70kWh电能，可以得到纯度为99.99-99.999%的精馏锌，但是该法能耗较高，精馏过程中蒸气的泄露将会对环境造成危害。湿法精炼锌代表性的为H₂SO₄-ZnSO₄与NaOH-Na₂ZnO₂体系，在这两种方法中，可以得到较高纯度的电解锌，但是在电解过程中，粗锌阳极与电解锌阴极在强酸性与强碱性环境中均会发生自溶与返溶现象，使电解液中的锌浓度不断升高，最终使电解过程不能继续，这也限制了电解精炼锌的工业化应用。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提供了一种为铅、锌化合物的电解以及铅、锌的电解精炼方法，该方法能够较好地得到电解铅或电解锌。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种碱性溶液中的金属电解方法，包括下列步骤：