铅电解技术条件及其控制

铅电解技术条件及其控制

5.3. 1 电解液成分

电解液由硅氟酸铅和硅氟酸的水溶液组成，正常含Pb2＋量60～120G／L，游离硅氟

酸H

2SiF

6

60～100G／L，总硅氟酸根SiF

6

2-100～160G／L。Pb2+浓度太低影响阴极析出铅的

结晶质量，适当提高Pb2＋浓度有利于获得光滑致密而又坚固的析出铅。但Pb2＋太高会使电解液的导电率下降，并可能造成泥层中的Pb2＋过高，引起PbSiF

6

的水解或过饱和。游离酸主要是增加电解液的导电性，提高其分散能力，改善析出铅结晶质量，并降低槽电压，节约电能。根据工厂普遍经验，随着电流密度提高，电解液中的铅、酸浓度都应相

应地提高。生产中一般都采用酸度较高的电解液，但当游离H

2SiF

6

浓度超过120G／L以

后，电解液比电阻降低不大，而酸的损失则随着酸度升高而增大。

电解生产正常时，电解液中杂质的浓度一般不会积累到有害的程度，一般情况下，电解液不需要净化处理，但是若采用集中掏槽或是停产后再生产，电解液往往会受到污染而变得浑浊，此时，需将电解液进行过滤处理，以除去悬浮物和部分胶质。对于溶于电解液中的杂质，则可采用大电流密度电解的办法除去，一般只需一个周期后即可产出合格的析出铅。随着电解的进行，电解液中有害杂质的浓度可迅速下降，转入正常状态，析出铅中的杂质含量也随之降低。国内某厂采用工业絮凝剂处理电解液中的有害杂质，方法简单，效果比较明显。

在电解过程中，由于电解液的蒸发、分解、阳极泥带走和其他机械损失，H

2SiF

6

被

消耗，为了维持电解过程的正常进行，每天必须对电解液进行化验分析，并加入新的

H 2SiF

6

来补充。

国内某厂要求外购来的新酸成分（G／L）为：H

2

SiF

6

≥360，Cu≤2，游离F≤3，SO

4

2-

≤5。新配制的电解液是无色透明的液体，铁离子使电解液呈绿色，胶质物使之呈棕色，使用时间较长的电解液呈啤酒色。对电解液的要求是具有高的导电率和纯净度。

5.3. 2 电解液循环

铅电解过程中的两极间的浓差极化，不但使槽电压升高，增加电耗，而且阴极铅的质量也不稳定。电解液循环是使电解槽内电解液成分保持均匀，克服浓差极化。电解液循环方式可分为上进液、下出液和下进液、上出液两种。下进上出方式能使槽内电解液的成分和温度更均匀；但溶液流动方向与阳极泥沉降方向相反，妨碍阳极泥沉降。上进下出方式有利于阳极泥沉降，可加大循环速度。绝大多数工厂均采用上进下出方式。

由于Pb2＋的密度较大和阳极上附着泥层，所以循环的作用和循环量的控制对铅电解有特别重要的作用。当阳极含锑偏低时，不宜采用较大的循环量，以防止冲掉阳极泥。当电流密度高时，因浓差极化增大，应保持较大的循环量。

阳极品位低、杂质多时，应适当提高循环速度，但应以不引起阳极泥脱落和悬浮为前提。

电解槽容积较大时，也应有较大的循环量，通常循环量为20～30L／min，或每更换一槽电解液需1．5～2．0ｈ。通过调整设在每槽或每列供液管道上的阀门以控制其循环量。

5.3.3 电解液温度

铅电解过程可在较大范围的温度（10～50℃）下正常进行，但最佳温度范围是30～40℃。温度高时虽然导电性良好，但电解液蒸发和酸分解损失大，车间劳动条件恶化。温度太低电解液电阻升高，影响电解液的分散能力，也使电耗增加。影响电解液温度的主要因素是电流密度和当地气温。

5.3.4 电流密度

电流密度是指单位（阴极）电极面积上通过的电流强度。电解槽的生产能力几乎随电流密度的提高而成比例地增加，所以提高电流密度时单位阴极析出铅所负担的固定资产折旧费、维持费和基建投资将相应减少。但是当电流密度超过一定限度时，则单位析出铅的电耗增加，而且析出铅的质量变坏。铅电解厂所采用的电流密度为160～200A／ｍ2。

电流密度的选择决定于阳极杂质的含量和性质以及阴、阳极操作周期。对阳极含杂质较高、操作周期较长者，宜选用较低的电流密度；反之，则应选择较高的电流密度。

实验证明，在其他条件相同时，阴极析出铅中的Sn、Ag、Sb和Cu的数量随电流密度的提高有增加的趋势，同时阴极结晶有变坏的趋势。

低电流密度电解时，由于Pb2＋离子放电速度慢，析出金属晶核的长大速度高于它的晶核生成速度，可获得较粗糙的阴极结晶，此时阴极的物理规格较好，短路现象少，电流效率也比较高。当适当提高电流密度时，则可使阴极析出较细小的结晶，此时阴极铅致密光滑，质量较好。但是，当电流密度过高时，阴极附近电解液中的Pb2＋离子因迅速沉积而浓度降低得很快，致使结晶向外伸展，造成树枝状或毛刷状结晶，同时由于杂质的溶解与析出，使阴极铅质量变差。此外，还可发生槽电压的升高和浓差极化的加剧以及短路次数的增加和电流效率的下降在生产中，在保证质量的前提下，应尽可能保持较低的电流密度生产，这样各项技术条件容易掌握，析出铅结晶致密平整，产品质量高，电力消耗低，各项指标都能达较好的水平。

5.3.5 电解周期与极间距离

在残极刷洗未实现机械化之前，阴阳极的电解周期是相同的，都是3d，阳极较薄，每块重在70Kg以下，同极中心距为80mm。随着残极刷洗机械化和阳极铸型机械化以后，阳极周期比阴极周期长1倍，多是阴极周期2～3d，阳极周期4～6d，极距也增加到90～100mm。

当电流密度低，阳极杂质含量低时，可选用较长的电解周期，减少出装槽次数，节省人工。

同极中心距离的大小，对槽电压、电耗和短路状况都会产生影响。一般而论，极距小，槽电压低，电耗少；但极距过小，容易短路，导致电流效率降低。极距大，槽电压高，电耗多。我国工厂采用的极距多数在90～100mm之间。

5.3. 6 添加剂

由于铅的电化当量较大，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致密，易产生海绵状和树枝状结晶，为此要向电解液中加入较大量的添加剂，常用的是骨胶、木质磺酸钠（钙）和β－萘酚。

骨胶是一种作用平缓的阳离子添加剂，在电解液中被阴极吸附在表面形成一层吸附膜，增加了阴极极化度。由于阴极表面不平滑和阳极之间的距离是不均等的，阴阳极之间电解液各部位或各点的电阻是不同的，所以电流在阴极表面分布是不均匀的。如果没有添加剂，这种不均分布随着过程的进行越来越严重，各点之间的电流密度差别越来越大，造成析出铅结晶恶化。加入胶后电流密度愈高的点，胶的吸附层愈厚，愈密集，阴极极化度愈大，Pb2＋的进一步析出就较困难，从而抑制了不均化进程的扩张，使析出结晶趋于平整。虽然，胶量少不足以克服不均化进程，但过多也不宜，胶量太大影响电解液的分散能力。不同的电解条件下，用量有个最佳范围，国内各厂1ｔ铅的胶用量大多在0．5Kg左右，但由于搭配有别的添加剂，最佳范围也不尽相同。

木质磺酸钠是一种阴离子表面活性物质，在阳极表面被吸附，对阳极的均匀溶解有促进作用，同时它能凝聚电解液中的悬浮物，对净化电解液、降低析出铅含银是有利的。但它有堵塞循环管道之弊，需要定期清理。它是造纸厂的副产品，价格低廉，一般1ｔ