鉛電解液硫酸脫鉛創(chuàng)新工藝應(yīng)用

黎成剛 曹雷斌 袁寒崗

（江銅集團江西金德鉛業(yè)股份有限公司，江西 德興334200）

金德鉛業(yè)股份有限公司年產(chǎn)99.994%牌鉛8 萬t（簡稱“金德鉛業(yè)”），因高電流密度生產(chǎn)，陽極溶解速度大于陰極析出速度，電解液中的鉛離子濃度已經(jīng)達到185g/L 以上，對電流效率和直流電耗產(chǎn)生直接的影響。金德鉛業(yè)鉛電解系統(tǒng)電解液總體積為1150m3，積存在電解液中的鉛量達到213t，比正?？刂屏扛叱?9 噸，在電流密度190A/m2電解條件下，360 個電解槽總電壓達到185V，直流電單耗上升至172kw，電流效率92.8%，所以必須采取有效的措施盡快降低電解液鉛含量。

1 硫酸脫鉛工藝原理

硫酸脫鉛原理是：將98%濃度的硫酸加入開路的硅氟酸鉛電解液中，與鉛離子在脫鉛槽中反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鉛：

H2SiO4＋Pb2+＝PbSiO4↓＋2H2+

形成的硫酸鉛沉淀在脫鉛槽底部，再清理干凈沉淀物。

1.1 濃硫酸脫鉛方法的優(yōu)點：脫鉛速度快。

1.2 濃硫酸脫鉛方法存在的缺點：（1）98%濃度的硫酸倒入脫鉛槽會急劇大量放熱，產(chǎn)生液體飛濺，操作工人危險系數(shù)高，大量放熱會導(dǎo)致脫鉛槽內(nèi)襯軟聚氯乙烯朔料燒損變形。（2）濃硫酸放熱后脫鉛槽電解液溫度會上升至80 度，電解液中原有的底膠會被老化分解，脫鉛后的電解液會因缺少底膠而影響生產(chǎn)，此時就需要大量補充骨膠來解決，造成添加劑用量浪費。（3）脫鉛槽底部沉淀物為硫酸鉛和硅氟酸的混合物，清理環(huán)境差，難度大，大量硅氟酸和硫酸鉛一起被清理掉，造成硅氟酸損失。

從硫酸脫鉛優(yōu)缺點比較，明顯缺點大于優(yōu)點，因此必須對硫酸脫鉛工藝流程創(chuàng)新改進。

2 硫酸脫鉛工藝流程創(chuàng)新

針對硫酸脫鉛存在的缺點，可逐一進行改進如下：

2.1 可建立一套濃硫酸稀釋系統(tǒng)，利用電解樓下的貯液槽將98%濃度的硫酸加水稀釋成30%濃度的稀硫酸，然后用稀釋后的硫酸進行脫鉛，減少脫鉛時放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度，保護了脫鉛后電解液中的底膠不被分解，可有效的規(guī)避液體飛濺風(fēng)險，保護脫鉛槽內(nèi)襯不被燒損。

2.2 可利用陽極泥壓濾系統(tǒng)作為脫鉛循環(huán)流程，將30%濃度的硫酸和電解液按計算好的流速抽入攪拌桶攪拌脫鉛，由于硫酸和鉛離子結(jié)合成硫酸鉛在接觸瞬間就能完成，在攪拌狀態(tài)下，上部打入稀硫酸和電解液進攪拌桶反應(yīng)，下部將生成的硅氟酸鉛和硅氟酸的混合物抽入隔膜壓濾機進行壓濾，脫鉛后的電解液補充進集液槽，然后將壓濾過后的硫酸鉛濾餅卸下，運至原料倉重新當?shù)V鉛配料（圖1）。

3 濃硫酸稀釋計算

98%濃硫酸密度為1.84g/cm3，水密度為1g/cm3，配1 噸30%濃度硫酸需要加入水和98%硫酸

量計算：設(shè)需加98%硫酸體積為V 酸，加水體積為V 水

V 酸×1.84×98%/(V 酸×1.84+V 水×1.0）=30%

V 酸×1.84×0.98=V 酸×1.84×0.30+V 水×0.30

V 酸×1.84×（0.98-0.30）=V 水×0.30

V 酸/V 水=0.30/1.84×0.68 ≈0.24

得出V 酸:V 水≈1:4

配成1 噸30%濃度硫酸要加806Kg 水，194Kg98%硫酸。

4 硫酸脫鉛工藝計算

硫酸脫鉛反應(yīng)方程式為：

H2SiO4+Pb2+＝PbSiO4↓+2H2+

Pb2+相對分子質(zhì)量207，硫酸相對分子質(zhì)量98，硫酸鉛相對分子質(zhì)量303。

如脫除1000kg 鉛離子需要用30%濃度硫酸總量計算：

1000×98/207×0.3=1578kg

電解液總體積為1150m3，電解液含鉛185g/L，電解液脫鉛目標值為140g/L，需要脫除的鉛總量計算：

WPb=1150m3×（185－140）kg/m3=51750kg

即需要脫除51.75t 鉛。

需要使用30%濃度硫酸總量計算：

W硫酸=51.75t×1578kg/t=81662kg

即需要使用81.662t30%濃度的硫酸（每個地槽可以裝30 噸硫酸，需提前配好3 個地槽30%濃度的硫酸）。

5 脫鉛流速控制計算

30%濃度硫酸密度為1.2185g/cm3。

81.662t30%濃度硫酸總體積計算：

V硫酸=81662/1218.5=67m3

從高位槽接一根內(nèi)徑80 毫米的虹吸管，將電解液接入攪拌桶，虹吸管流速120L/min,每分鐘帶入鉛離子總量計算：

120×185=22200g

脫 除 22200g 鉛 需 要 30% 濃 度 硫 酸 量 為 ：22200*1578/1000=35032g

每分種要加入30%濃度硫酸體積為：35032/1218.5=28.75L

圖1 硫酸脫鉛工藝流程圖

30%濃度硫酸加入體積:電解液加入體積=28.75/120≈1:4理論上將電解液脫鉛到 140g/L 要用時：67m3×1000/28.75L/60min=38.8 小時。

因此，放進攪拌桶30%濃度硫酸流速控制28.75L/min，電解液流速控制120L/min，兩者流速比約1:4 時反應(yīng)完全。

6 生產(chǎn)管控

此套硫酸脫鉛系統(tǒng)是利用陽極泥壓濾系統(tǒng)進行，通過上述公式算出，理論上將電解液脫鉛到140g/L 需要用時38.8 小時，在不影響陽極泥壓濾前提下，可將每天的陽極泥在中晚班內(nèi)壓濾完，每天空出早班時間用于硫酸脫鉛，經(jīng)周密部署，在6 個早班共48 小時完成硫酸脫鉛任務(wù)。

由于采用了30%濃度硫酸脫鉛，硫酸和電解液接觸過程未發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)，脫鉛前后電解液溫度相3℃，在可控范圍，脫除鉛離子的電解液可直接補充到電解液循環(huán)系統(tǒng)，沒有出現(xiàn)電解液骨膠不足等不良反應(yīng)。

7 結(jié)論

實際消耗了85.57 噸30%濃度硫酸，電解液鉛離子下降至132g/L,總電壓降至170V，電流效率上升至95.8%，直流電單耗下降至153kw。

此種創(chuàng)新工藝脫鉛法在金德鉛業(yè)完全得以應(yīng)用，在不產(chǎn)生技術(shù)條件波動情況下，完成電解液鉛離子脫除，電解液鉛離子下降后電解產(chǎn)量、指標立馬得到恢復(fù)，取得了非?？捎^的效果。