低濃度溶液中金的旋流電積

陳俊雪，李中林，王 丁，吳成志，廖貴朗，李義兵

(桂林理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541000)

目前，從含金溶液中回收金主要有置換法、電沉積法、活性炭吸附法、溶劑萃取法、離子交換法等[1-2]。其中，電沉積法研究較多，氰化浸出液、硫脲浸出液及碘化浸出液等都有用電沉積法回收金的研究[3-6]。然而，對于金濃度低或離子組分復(fù)雜的含金溶液，采用電沉積法時金回收率不很理想[7-8]。

旋流電積法通過高速液流消除濃差極化等對電積不利因素，在低濃度、目標(biāo)金屬和非目標(biāo)金屬濃度差較小的多金屬溶液體系中實現(xiàn)對目標(biāo)金屬的選擇性電積，具有高選擇性、高電流效率、高產(chǎn)品回收率等特點[9-11]。這種電沉積技術(shù)已用于鈀、銠、金和銀等貴金屬的提取[12-13]；但有關(guān)其用于從低濃度溶液中電積金的研究尚未見有文獻報道。因此，以配制的低濃度金溶液為對象，研究了采用旋流電積法回收金，以期為低濃度金溶液中金的回收提供一種可供選擇的方法。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

低濃度含金溶液：以金標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)稀釋至所需濃度。

1.2 旋流電積裝置及工作原理

旋流電積裝置和電解槽示意如圖1所示。

圖1 旋流電積裝置和電解槽示意

陰極為鈦板，面積0.04 m2。旋流電積裝置的核心部分為電解槽。金溶液從電解槽底部切向流入，并在槽內(nèi)壁形成螺旋向上流動。金溶液在螺旋上升過程中，Au3+向陰極運動并在陰極得到電子而沉積析出[12-13]。電解液的高速循環(huán)流動，極大地加強了電解液傳質(zhì)，有效消除了濃差極化，可以實現(xiàn)從低濃度、復(fù)雜溶液中高效選擇性提取目標(biāo)金屬，對金屬濃度范圍有更寬的適應(yīng)性。

1.3 試驗方法

將2 L一定濃度的金溶液倒入料液瓶中，經(jīng)循環(huán)泵泵入到電解槽底部，然后沿槽內(nèi)壁螺旋流至電解槽頂部。打開電源，在一定電流條件下，溶液中Au3+在電解槽內(nèi)壁陰極上析出，電積后電解液回流至料液瓶。

通過直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)電流為0.1～1.2 A，開始計時，并記錄槽電壓。電積過程中，定期從料液瓶中取樣，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定Au3+質(zhì)量濃度ρe，根據(jù)式(1)、(2)計算金電積析出率和耗電量。

(1)

式中：η—金電積析出率，%；ρ0—初始金質(zhì)量濃度，mg/L；ρe—電積一定時間時電解液中金質(zhì)量濃度，mg/L。

W=UIt。

(2)

式中：W—電積耗電量，kW·h；U—槽電壓，V；I—電流，A；t—電積時間，h。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 金質(zhì)量濃度對旋流電積的影響

試驗條件：電解液體積2 L，滴加NaOH溶液至堿性(pH=12～13)，電流密度20 A/m2，電積時間2.5 h，室溫。監(jiān)測槽電壓在旋流電積過程中的變化。電解液中初始金質(zhì)量濃度對金電積的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 初始金質(zhì)量濃度對金電積析出率和耗電量的影響

由圖2看出：隨電解液中初始金質(zhì)量濃度升高，金電積析出率先大幅升高，后趨于平穩(wěn)。隨電解液中金質(zhì)量濃度升高，陰極上Au3+增多并快速沉積；當(dāng)Au3+質(zhì)量濃度下降至一定程度后，陰極金析出量大大減少，且電流效率降低；相應(yīng)地，隨電積進行，耗電量先緩慢升高而后大幅升高。綜合考慮經(jīng)濟成本，電解液中金初始質(zhì)量濃度為5 mg/L時，金電積析出率和耗電量分別為94.66%和6.72 kW·h，電積效果最佳。

初始金質(zhì)量濃度為5 mg/L時，金電積析出率和耗電量隨時間的變化曲線如圖3所示。

圖3 初始金質(zhì)量濃度為5 mg/L時，金電積析出率和耗電量隨電積時間的變化曲線

由圖3看出：隨電積進行，金析出率不斷升高，電積2.5 h時，金析出率趨于穩(wěn)定；電量在副反應(yīng)上的消耗增多。綜合考慮，確定電積時間以2.0 h為宜。

2.2 電流密度對金旋流電積的影響

旋流電積過程中，電流密度對金的電積析出率和耗電量有較大影響。試驗條件：電解液體積2 L，電解液中初始金質(zhì)量濃度5 mg/L，電解液中滴加NaOH溶液至堿性(pH=12～13)，電積時間2.5 h，室溫。電流密度對金電積的影響試驗結(jié)果圖4所示。

圖4 電流密度對金電積析出率和耗電量的影響

由圖4看出：隨電流密度升高，金電積析出率大幅度升高，電流密度為20 A/m2時，金電積析出率達94.66%；繼續(xù)增大電流密度，金析出率反而降低；隨電流密度增大，耗電量增大。

電流密度為20 A/m2時，金電積析出率和耗電量隨電積時間的變化曲線如圖5所示。

圖5 電流密度為20 A/m2時，金電積析出率和耗電量隨電積時間的變化曲線

由圖5看出：金析出率隨電積時間延長而升高；電積超過2.0 h，金析出率變化不大，但耗電量持續(xù)增大。綜合考慮，確定電流密度以20 A/m2、電積時間2.0 h為宜。

2.3 溶液pH對金旋流電積的影響

試驗條件：電流密度20 A/m2，電積時間2.5 h，室溫，金初始質(zhì)量濃度5 mg/L，電解液體積2 L，調(diào)節(jié)電解液pH至3～4(酸性)、7～8(中性)、12～13(堿性)。電解液pH對金電積的影響試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 電解液pH對金電積析出率的影響

由圖6看出：堿性條件下，金電積析出率明顯比酸性及中性條件下要高。這是因為堿性條件下，溶液中H+濃度大大降低，抑制了析氫反應(yīng)進行，有利于提高電流效率，從而促進金的電積析出。

電積耗電量隨電積時間的變化曲線如圖7所示?？梢钥闯觯汉碾娏吭趬A性條件下最低，在酸性條件下最高。因為酸性條件下，溶液中的H+濃度較高，有析氫反應(yīng)發(fā)生，會消耗一部分電量。Au3+的電位比H+的電位更正，即EΘ(Au3+)>EΘ(H+)，理論上會先析出，但根據(jù)能斯特方程，溶液中H+濃度過大時，會導(dǎo)致E(Au3+)

圖7 電積耗電量隨電積時間的變化曲線

3 結(jié)論

旋流電積可以有效實現(xiàn)金的電積提純。采用旋流電積法，從初始質(zhì)量濃度為5 mg/L金電解液中電積金，電流密度為20 A/m2時效果最佳；堿性條件下，金電積析出率可達94.66%，耗電量為6.72 kW·h。旋流電積技術(shù)可用于從低濃度溶液中電積提取貴金屬。