柯文帥

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司韶關(guān)冶煉廠，廣東 韶關(guān) 512000）

鉛電解過程中，使用鉛陽極板作為陽極，使用電鉛始極片作為陰極，使用硅氟酸鉛溶液作為電解液，在電解槽內(nèi)得到純度為99.9%的陰極鉛。利用電鉛鍋，對陰極鉛進行熔化、除雜、鑄錠等操作，就能得到標準鉛錠。以下結(jié)合實踐，探討了鉛電解過程中雜質(zhì)的行為和控制方法。

1 鉛電解過程的技術(shù)原理和影響因素

（1）技術(shù)原理。從電極反應的角度看，正常的鉛電解情況下，陽極反應是：Pb-2e=Pb2+，氧化后進入電解液；陰極反應是：Pb2++2e=Pb，還原后在電極上析出。由此可見，電解期間陽極溶解，厚度逐漸變薄；陰極析出，厚度逐漸變大。陽極泥層厚度增大，會導致槽電壓增高，進而影響雜質(zhì)金屬的溶解，必須對陽極泥厚度進行控制。正常陰極平滑致密，在陰極方向上存在紋路，伴有金屬光澤；異常陰極疏松、呈現(xiàn)黑色，伴有毛刺、疙瘩，不僅會降低電流效率，還會影響電解質(zhì)量。

（2）影響因素。分析影響鉛電解過程的因素，主要包括以下幾點[1]：①電解液中鉛離子的濃度、含酸量；②添加劑的種類和性質(zhì)；③電力線的分布情況；④電解液的溫度、循環(huán)強度；⑤電流密度；⑥電解液中雜質(zhì)的濃度。

2 鉛電解過程中雜質(zhì)的行為分析

鉛電解中使用的陽極板，除了含鉛外，還包括一些雜質(zhì)金屬，例如銅（Cu）、銻（Sb）、鋅（Zn）、砷（As）、鉍（Bi）、鐵（Fe）、銀（Ag）、金（Au）等，這些雜質(zhì)的行為，決定了標準電極電位，影響在電解液中的濃度。具體分析如下：

（1）負電性金屬。負電性金屬以鐵Fe、鋅Zn為代表，在鉛電解過程中，會和鉛一起在陽極溶解，然后進入電解液。相比于鉛，F(xiàn)e、Zn的析出電位更負，因此正常情況下，不會在陰極析出；而且這些雜質(zhì)的含量低，對電解過程影響小。

（2）正電性金屬。正電性金屬以銅Cu、銻Sb、砷As、鉍Bi、銀Ag、金Au為代表，一般會留在陽極板，很少進入電解液。一旦進入電解液，會在陰極析出，可在火法初煉時進行控制。第一，銅Cu。銅在陽極中的活性小，在缺氧條件下不會進入電解液，因此電解液中的銅含量低。研究顯示[2]，電解液中銅含量低于0.002g/L，析出鉛的含銅量在0.0005%以內(nèi)；如果陽極中銅含量超過0.12%，會引起槽電壓升高，雜質(zhì)溶解后在陰極析出。第二，鉍Bi。在鉛電解過程中，鉍的正電性電價為+0.2V，不能以離子狀態(tài)進入電解液，而是留在陽極泥上。一般情況下，電解液中鉍含量低于0.0002g/L時，析出鉛的鉍含量在0.0007%以內(nèi)。第三，銀Ag、金Au。銀和鉛容易發(fā)生共晶反應，會進一步提高陽極強度；電解液中的銀濃度較低時，會和鉛一起放電析出。鉛電解過程中，金、銀均進入陽極泥，其中銀以Ag、Ag3Sb等化合物存在，少量從懸浮陽極泥帶入。隨著槽電壓、電流密度增大，陰極含銀量也會增加；在槽電壓、陽極泥強度適中時，陰極銀含量降低至8×10-6%以內(nèi)。此外，在電解液中加入木質(zhì)磺酸鈣，電解液的粘度增加，循環(huán)時容易出現(xiàn)泡沫，會吸附部分陽極泥，經(jīng)撈渣即可除去。因此，木質(zhì)磺酸鈣具有凈化作用。第四，銻Sb、砷As。在陽極板中，銻、砷會增加陽極泥的強度，如果銻含量過低，陽極泥容易散碎；如果銻含量過高，陽極泥強度相應增大，一方面難以刷下，增加了電解難度；另一方面錫的溶解速度加快，會影響鉛的析出質(zhì)量。正常情況下，銻、砷均會進入陽極泥，隨著槽電壓升高、電流密度增高，會有少量銻溶解，并進入陰極。

（3）其他雜質(zhì)。其他雜質(zhì)和鉛電極電位相近，以錫為代表，理論上能完全溶解，在陰極析出。實際電解過程中，金屬雜質(zhì)和錫會形成化合物，從而降低錫的溶解電位。陽極錫含量低于0.004%時，析出鉛的銻含量約為0.0005%。

3 鉛電解過程中雜質(zhì)的控制方法

（1）正常電解過程。第一，控制陽極板的銻、砷含量，能防止陽極泥脫落，避免污染析出鉛。由于陽極含銻過高，會導致陽極泥層難于刷下；陽極含銻過低，會導致陽極泥散碎脫落，影響析出鉛質(zhì)量。對此，要將陽極泥中的銻含量控制在0.5%以上，且銻、砷含量之和在1%以上。檢查槽面時，操作要輕穩(wěn)，避免陰極或燒板碰到陽極。第二，控制陽極板的物理規(guī)格。要求陽極板平直均勻，沒有毛刺、飛邊等情況，否則電解期間容易發(fā)生陰極短路，不僅增加了電能損耗，還會降低鉛的析出質(zhì)量。結(jié)合實踐，陽極板厚度太小，容易掉極，影響鉛的析出數(shù)量；陽極板厚度太大，又會影響洗刷效果，出裝槽難度增大。做好槽面管理工作，提高鉛的洗刷效果，能避免銅、鉍摻雜在析出鉛中。第三，洗滌液完全沉淀后，要均勻進入電解液。在陽極泥中，銅含量一般在0.6%～10%之間，鉍含量在3%～15%之間，在洗滌液和陽極泥的作用下，會進一步提高銅、鉍含量。對此，在保證鉛析出質(zhì)量的同時，應該多次少量加入洗滌液，將各種雜質(zhì)的含量控制在標準范圍以內(nèi)。第四，電解過程中，減少銅、鉍的溶解量。電解常用設(shè)備均是銅質(zhì)材料，例如導電板、銅棒、盤管等，在化學腐蝕作用下，會導致電解液中銅含量增高。對此，循環(huán)系統(tǒng)中減少銅質(zhì)材料的使用，可避免銅離子積累在電解液中。

（2）異常電解過程。第一，凈化。電解液在電解復產(chǎn)初期被污染，考慮到數(shù)量較大，應該采用凈化處理法，將雜質(zhì)降低至正常范圍內(nèi)。一是集中凈化。要求電解液、洗滌液等溶液，進入系統(tǒng)前嚴格控制雜質(zhì)含量，為凈化打下良好基礎(chǔ)。結(jié)合實際案例，凈化處理后，析出鉛的第一周期末，就能達到控制標準。二是分散凈化。對于少量污染的電解液、洗滌液，采用集中凈化法的成本高。分散凈化則是將其存放在貯液槽內(nèi)，根據(jù)實際生產(chǎn)需求、電解液雜質(zhì)含量，分散性進入系統(tǒng)，通過分散凈化，達到鉛析出標準控制要求。第二，隔離沉淀。在連續(xù)性掏槽作業(yè)中，為了避免已經(jīng)污染的電解液進入生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)，應該對掏槽內(nèi)的電解液進行隔離、沉淀。如此處理，懸浮的陽極泥會沉淀下來，然后和電解液混合后，提高雜質(zhì)的穩(wěn)定性。目前已有企業(yè)采用這種處理方式，結(jié)果顯示析出鉛的質(zhì)量均達到內(nèi)控標準。第三，開路系統(tǒng)。一直以來，電解液在系統(tǒng)中是閉路循環(huán)使用的，由于電解液內(nèi)的雜質(zhì)不斷積累起來，導致含量明顯增高，并會增大電解液的電阻率。對此，對電解液進行開路處理，及時補充新電解液，能有效降低雜質(zhì)含量，如下表1所示。將其應用在實際生產(chǎn)中，還能降低直流電單耗，某企業(yè)的電流強度在7200A～7400A之間，其直流電耗從134.6kWh/t，降低至125.8kWh/t。

表1 不同系統(tǒng)中的電解液成分（單位：g/L）

4 結(jié)語

綜上所述，鉛電解過程中，控制電解液中雜質(zhì)的含量，能提高析出鉛的質(zhì)量。文中以Cu、Sb、Sn、As、Bi、Fe、Ag、Au等成分為例，分析了這些雜質(zhì)的特征和對電解過程的影響。具體生產(chǎn)中，應該根據(jù)電解過程是否正常，選擇相應的控制方法，以減少雜質(zhì)影響，保證析出鉛的質(zhì)量。