熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金中的應(yīng)用

王智

摘? 要：熔鹽電解技術(shù)是在熔融的鹽和金屬中進(jìn)行電化學(xué)過程。由于溫度高和沒有水分子的干擾，熔鹽電解過程比水溶液電解具有電導(dǎo)率高和電化學(xué)反應(yīng)速度快的特點(diǎn)。本文對(duì)熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究與分析，希望可以起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：熔鹽電解技術(shù)，鉛，冶金

引言：1807年熔鹽電解技術(shù)問世以來，廣泛應(yīng)用于鋁鈉鎂等金屬的生產(chǎn)，以后又?jǐn)U大到稀土和稀有金屬的生產(chǎn)。七十年代末開始重視熔鹽電解技術(shù)應(yīng)用于冶煉或精煉易熔重金屬的研究工作，特別是鉛的冶煉和精煉。因此對(duì)熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金中的應(yīng)用進(jìn)行一定的探討具有非常重要的意義。

一、熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金中的現(xiàn)狀及方法

自20世紀(jì)70年代以來，熔鹽電解法精煉易熔重金屬的研究得到了廣泛開展。用于提煉粗鉛和分離鉛合金。技術(shù)上有兩種方法：一種是陽極法。熔融的粗金屬作為陽極，電解時(shí)低電極電位的雜質(zhì)金屬進(jìn)入熔鹽，然后沉積在陰極上。陽極被凈化;另一種是陰極法。用粗金屬作陰極時(shí)，電極電位高的雜質(zhì)金屬與熔鹽中的堿金屬形成金屬化合物離子，然后沉積在陽極上，從而凈化陰極金屬。

許多國(guó)家，特別是蘇聯(lián)，對(duì)粗鉛精煉和鉛的粗合金分離做了大量工作。如西方鉛聯(lián)合制造業(yè)有限公司用陽極法精煉粗鉛，采用3200A容量的水平隔膜式電解槽試驗(yàn)，氣化物熔鹽溫度650℃，槽電壓2.4V電流效率近100 %。可以獲得含銻0.001%%、銥0.0005%、鋼0.01%的陰極精鉛。蘇聯(lián)的德里馬爾斯基建議采用 PbCl一氯化鉀氯化鈉熔鹽精煉粗鉛，可以獲得陰極的標(biāo)號(hào)電鉛。其技術(shù)指標(biāo)為：溫度500℃、電流密度1.0A/cm電流效率98%左右，單位電耗1.6kW·h/kg鉛。

因?yàn)殡娏髅芏雀哌_(dá)5000～10000 A/m2（水溶液電解為300～600A/m）且只有少量雜質(zhì)金屬參與電化學(xué)反應(yīng)，雖然槽電壓為4～8V（水溶液電解為0.3～0.6V）。與水相電解精煉相比，熔鹽電解精煉具有高效節(jié)能的明顯優(yōu)勢(shì)。因此，冶金工作者對(duì)這項(xiàng)技術(shù)非常感興趣。許多國(guó)家，特別是蘇聯(lián)，在粗鉛精煉和粗鉛合金分離方面做了大量工作。如西部鉛聯(lián)合制造有限公司采用陽極法精煉粗鉛，采用容量為3200 A的臥式隔膜電解槽，熔融氯化物溫度為650℃，槽電壓為2.4V，電流效率接近100%?？色@得含0.001%金、0.0005%金和0.01%銅的陰極精煉鉛。蘇聯(lián)的德里馬爾建議用PbCI、-KCI-NaCI熔鹽精煉粗鉛，可得到陰極標(biāo)記鉛。技術(shù)指標(biāo)為：溫度500℃，電流密度1.0A/cm2，電流效率約98%，單位電耗1.6 kw h/kg鉛。

1.1電解共沉積法

電沉積法主要用于在金屬電極板上使兩種元素或含有兩種或兩種以上組分的金屬離子結(jié)合，在熔鹽體系中還原沉淀成金屬，其基本作用條件一般是兩種或兩種以上金屬離子之間的電沉積電位接近。這種合成方法也是目前最常見的合金材料制備方法。

1.2陰極合金化方法

在陰極合金化系統(tǒng)中，合金系統(tǒng)的合金成分分裂成陰極。熔鹽分子中的金屬離子快速擴(kuò)散并遷移到陰極表面，金屬離子在陰極層上也發(fā)生快速放電反應(yīng)。沉積的金屬原子擴(kuò)散并遷移到合金陰極，形成合金固溶體或其它金屬有機(jī)化合物。這種加工方法由于更有利于形成微晶表面致密、表面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)均勻的納米合金，獲得一些極其優(yōu)異且廉價(jià)的高性能金屬材料，引起了國(guó)際人士的極大興趣。

1.3液體陰極法

液態(tài)金屬用作陰極， 另一種金屬的離子在熔鹽體系中在液態(tài)陰極上被還原成金屬，并與液態(tài)金屬形成合金。用液態(tài)陰極制備合金，可以降低金屬的活性，減少合金的污染和溶解損失，在較低的溫度下將高熔點(diǎn)金屬沉積在液態(tài)陰極上，形成較低熔點(diǎn)的合金。

二、熔鹽電解技術(shù)的發(fā)展前景

熔鹽電解技術(shù)在鉛的冶煉和精煉方面應(yīng)用是有廣闊前途的。工藝技術(shù)上有許多優(yōu)越性，主要困難在于電解槽的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。研究工作的重心應(yīng)放在電解槽設(shè)備上。應(yīng)用熔鹽電解法精煉鉛的粗合金于工業(yè)生產(chǎn)是比較現(xiàn)實(shí)的，它與現(xiàn)有的精煉方法比較，有明顯的高效節(jié)能、工序短、金屬直收率高和純度高、環(huán)保好、而且獲得熔融態(tài)金屬，可以直接鑄錠。蘇聯(lián)的Pb-Bi， Pb-In粗合金分離的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明：熔鹽電解精煉技術(shù)在價(jià)值較高的金屬（In， Bi， Sn， Sb等）精煉上首先應(yīng)用是一個(gè)方向。我國(guó)北京礦冶研究院、昆明冶金研究所等也曾研究過熔鹽電解法煉錦、錫、秘等工作，有的還做過擴(kuò)大試驗(yàn)、半工業(yè)試驗(yàn)。技術(shù)指標(biāo)也與國(guó)外的相似，主要困難也是設(shè)備問題。當(dāng)前隨著廣西大廠和湖南柿竹園多金屬資源的大力開發(fā)，將會(huì)有大量的鋼、鏗、錫、錦粗金屬需要精煉，所以研究熔鹽電解精煉技術(shù)，使其實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)開發(fā)廣西大廠和湖南柿竹園資源有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

三、熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1與原件的差異

目前，國(guó)內(nèi)鍍鋅電解陽極板生產(chǎn)加工中使用的鍍鋅合金板表面焊接均采用先將鍍鋅鉛銀合金方坯表面軋制焊接而成的導(dǎo)電梁，同時(shí)在焊接工具的孔縫中澆鑄鍍鋅銅棒夾層，然后將鍍鋅導(dǎo)電梁的數(shù)字梁焊接到鍍鋅電解陽極板的表面，因?yàn)殇\電解陽極板全自動(dòng)整體鑄造生產(chǎn)線后有以下變化：1.通過整體焊接鑄造，不需要先鑄造導(dǎo)電梁再與合金板焊接。2.整體壓鑄造成的合金陽極板致密度很高。3.自動(dòng)化控制程度越來越高，減少了軋制合金板、鑄造導(dǎo)電板梁、焊接板梁的工序。

3.2優(yōu)勢(shì)

1.現(xiàn)有電解鋅卷陽極板仍存在一些斷裂缺陷。密度強(qiáng)度太低，容易造成彎曲或扭曲，甚至斷裂，導(dǎo)致鋅電解后電解生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)陽極彎曲和電流與陰極板面短路，增加了鋅電解的能耗和電解生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備的電耗。陽極板本身由于這些斷裂或缺陷以及長(zhǎng)時(shí)間變形而大大降低，受影響的使用壽命平均為1.5。合金澆鑄法生產(chǎn)的陽極板殺傷力更強(qiáng)，不易變形或彎曲變形甚至斷裂，使用壽命一般在7萬小時(shí)至8年左右。2.現(xiàn)有的合金板與銅排導(dǎo)電梁采用焊接的方式連接，梁與合金板的連接處容易老化、脫落、分離，使用壽命短。目前銅排和合金板的導(dǎo)電梁和導(dǎo)電板都是一體鑄造工藝，不易脫落或分離。3.自動(dòng)化程度相對(duì)較高，減少了傳統(tǒng)的軋制導(dǎo)電合金板、鑄造導(dǎo)電金屬梁、焊接復(fù)合板、焊接梁板等復(fù)雜工序，平均每班減少3-4名焊接操作人員。

3.3內(nèi)容

鋅電解陽極板整體澆鑄生產(chǎn)線主要由熔化爐、澆鑄機(jī)、整體澆鑄機(jī)、自動(dòng)輸送機(jī)、剪板機(jī)、沖床、DCS控制系統(tǒng)、模具冷卻系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等組成。將鉛錠和銀粉按比例加入熔化爐中熔化，然后用泵輸送到供液池。熔融合金被澆鑄機(jī)鏟起并澆鑄到與梁和板集成的接觸工具中。在引入液體之前，預(yù)先將導(dǎo)電銅棒放置在觸摸工具陽極梁的中心，觸摸工具的垂直方向形成15°的夾角。當(dāng)引入熔融合金時(shí)，接觸工具傾斜成垂直狀態(tài)（在傾斜過程中，接觸工具中的氣體被排出）。鑄造的陽極板通過自動(dòng)輸送機(jī)。

四、結(jié)束語

綜上所述，雖然我國(guó)熔鹽電解技術(shù)取得了一定的突破，并且隨著我國(guó)科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，在冶煉過程中還存在一些問題，需要引起我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的高度重視，以促進(jìn)熔鹽電解技術(shù)在鉛冶金中的快速發(fā)展。

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