铅电解液除杂方法
阅读说明：本技术 铅电解液除杂方法 (Impurity removal method for lead electrolyte ) 是由 彭少君 辛鹏飞 胥建 高利利 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种铅电解液除杂方法,包括如下步骤：将电解槽总数的2％以下的电解槽作为除杂电解槽,余下电解槽为产品电解槽；对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理,得到减小电解表面积的阴极；将阳极和减小电解表面积的阴极装入除杂电解槽中,得到待电解的除杂电解槽；将待电解的除杂电解槽与产品电解槽在铅电解液中进行电解,使铅电解液中的杂质离子和铅离子均在减小电解表面积的阴极析出,以除去铅电解液中的杂质离子。利用本发明能够解决目前的电解液除杂方法存在工艺及设备复杂、成本高、效率低以及除杂效果差等问题。(The invention provides a lead electrolyte impurity removal method, which comprises the following steps: taking an electrolytic tank with the total amount of less than 2 percent of the electrolytic tank as an impurity removal electrolytic tank, and taking the rest electrolytic tank as a product electrolytic tank; carrying out partial insulation covering treatment on the surface of a cathode in an impurity removal electrolytic cell to obtain the cathode with the reduced electrolytic surface area; loading the anode and the cathode with the reduced electrolysis surface area into an impurity removal electrolytic cell to obtain an impurity removal electrolytic cell to be electrolyzed; and electrolyzing the impurity-removing electrolytic tank to be electrolyzed and the product electrolytic tank in the lead electrolyte to separate out impurity ions and lead ions in the lead electrolyte at the cathode with the reduced electrolysis surface area so as to remove the impurity ions in the lead electrolyte. The invention can solve the problems of complex process and equipment, high cost, low efficiency, poor impurity removal effect and the like of the traditional electrolyte impurity removal method.)
技术领域
本发明涉及铅电解技术领域，更为具体地，涉及一种铅电解液除杂方法。
背景技术
目前铅电解的生产主要采用柏兹法(Betts)进行生产，该方法以纯铅作为阴极(始极片)，以火法冶炼产出的粗铅作为阳极，电解液主要由PbSiF6(六氟硅酸铅二水合物)和H2SiF6(氟硅酸)组成。铅电解时，阳极中电位比铅高的金属，如金、银、铜、铋、锑、砷等元素几乎都不进入电解液，而留在阳极泥中。在实际生产中，因为阳极泥脱落或夹带等原因，上述金属中会有微量进入电解液中，溶液的杂质金属浓度随着生产的进行会缓慢累积。当阳极板含铅≥97.5％时，铅的阳极效率通常高于阴极效率(铅在阳极溶解速度大于阴极沉积速度)，电解液中的铅离子浓度也会升高，铅离子浓度升高时，会导致电解液的导电性变差，电耗增加。
在小极板电解生产中，主要采用机械方式洗刷残极表面的阳极泥，洗刷残极的过程中用到的洗水量少，洗水中含铅和其他金属杂质如铋、锑等的浓度比电解液中的浓度要高出数倍，有报道在高杂铅电解精炼及铅电解复产初期，当洗水杂质浓度高时，将电解槽短路或者在专门的净化槽内，槽内装入铅板，通入洗水，利用铅铋置换的原理，让洗水中的金属杂质被铅置换自然沉降在铅板上析出。
几种降低电解液铅离子浓度的方法，主要有沉淀法、电解脱铅法、更换阴极周期法。沉淀法主要是往电解液中加入硫酸，使铅与硫酸反应生成硫酸铅而被除去。电解脱铅法，主要采用不溶解的石墨作为阳极来进行电解。更换阴极周期法，主要通过在一个长周期内更换新的阴极，来提高铅离子在阴极上的析出速度，从而达到降低电解液铅离子浓度，提高电流效率，降低能耗的效果。
应用于小极板电解的铅铋置换法反应速度慢，净化时间长，需要新增泵、槽和管路，且不适用于大极板生产。大极板电解生产中，采用自动化机组刷洗残极，洗水用量大大增加，洗水中的杂质金属离子浓度很低，电解液中的杂质金属离子浓度也很低。一方面，要去除与小极板中相同的金属杂质，就要净化数倍于小极板电解的电解液体积，设备投资大幅增加了。另一方面，且从低浓度中去除杂质是很困难的，除杂效率会大幅降低，成本也会提高。
沉淀法除铅需要新增压滤机、反应槽等设备及管路，还需消耗硫酸，产生的硫酸铅还需返回粗铅熔炼系统，这是对能源的重复消耗。电解脱铅法效果较好，但在实际生产中要采用此法，必须制作大量的石墨阳极，成本较高，且石墨电极法占用电解槽，脱铅时间长，影响正常的工艺生产。更换阴极周期法需要增加出装槽次数，增加阴极制作和阴极精炼的工作量。
上述技术都只能除铅或者除杂，且都存在着一定的局限性，在铅电解生产中，还没有既能除铅又能除杂的简单可行方法。由于缺乏可行的电解液除杂方法，为控制电解液中的杂质浓度，得到合格的阴极铅，通常采用低电流密度(≤140A/m2)生产，将电解液中的杂质控制在一定浓度内，从而保证得到合格的阴极铅。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种铅电解液除杂方法，以解决目前的电解液除杂方法存在工艺及设备复杂、成本高、效率低以及除杂效果差等问题。
本发明提供一种铅电解液除杂方法，包括如下步骤：
将电解槽总数的2％以下的电解槽作为除杂电解槽，余下的电解槽为产品电解槽；
对所述除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，得到减小电解表面积的阴极；
将阳极和所述减小电解表面积的阴极装入所述除杂电解槽中，得到待电解的除杂电解槽；
将所述待电解的除杂电解槽与所述产品电解槽在铅电解液中进行电解，使所述铅电解液中的杂质离子和铅离子均在所述减小电解表面积的阴极析出，以除去所述铅电解液中的杂质离子。
此外，优选的方案是，所述待电解的除杂电解槽的极间距为所述产品电解槽的极间距的两倍；其中，所述极间距为相邻的同极之间的距离。
此外，优选的方案是，所述对所述除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，得到减小电解表面积的阴极包括：
采用绝缘材料对所述阴极的侧边的两个面均进行覆盖处理，使所述阴极的中部露出，得到减小电解表面积的阴极。
此外，优选的方案是，在所述减小电解表面积的阴极中，被所述绝缘材料覆盖的部分和露出的部分面积相等。
此外，优选的方案是，所述绝缘材料为软PVC皮或绝缘条。
此外，优选的方案是，在所述将所述待电解的除杂电解槽与所述产品电解槽在铅电解液中进行电解，使所述铅电解液中的杂质离子和铅离子均在所述减小电解表面积的阴极析出，除去所述铅电解液中的杂质离子之后，还包括：
电解一个预设周期后，将所述待电解的除杂电解槽中析出有杂质离子和铅离子的减小电解表面积的阴极取出，并对所述析出有杂质离子和铅离子的减小电解表面积的阴极进行绝缘覆盖去除处理，得到析出杂质的阴极；
将所述析出杂质的阴极送入火法精炼工序进行除杂处理，得到除杂后的铅液；
将所述除杂后的铅液重新浇铸成新阳极板。
此外，优选的方案是，所述杂质离子包括：铋离子和锑离子。
从上面的技术方案可知，本发明提供的铅电解液除杂方法，通过从总电解槽中，选取少量(2％以下)的电解槽作为除杂电解槽，对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，从而减少阴极电解时的有效面积，电解时，由于阴极面积减少，阴极的电流密度增大，阴极表面的电压升高，正常生产中(产品电解槽)电解液中不会在阴极析出的杂质，如铋、锑等都会在减小电解表面积的阴极的表面析出，铅也会在阴极表面大量析出，这样能起到净化电解液的目的。本发明既能去除大极板电解中的铅离子又能同时去除溶液中的金属杂质离子浓度，从而提高生产时的电流密度，提升电流效率，提高生产率。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的铅电解液除杂方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的减小电解表面积的阴极的示意图。
在附图中，1-减小电解表面积的阴极，2-绝缘材料覆盖部分，3-减小电解表面积的阴极的露出部分。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的目前的电解液除杂方法存在工艺及设备复杂、成本高、效率低以及除杂效果差等问题，提出了一种铅电解液除杂方法。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的铅电解液除杂方法，图1示出了根据本发明实施例的铅电解液除杂方法的流程。
如图1所示，本发明提供的铅电解液除杂方法，包括如下步骤：
S110、将电解槽总数的2％以下的电解槽作为除杂电解槽，余下的电解槽为产品电解槽；
S120、对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，得到减小电解表面积的阴极；
S130、将阳极和减小电解表面积的阴极装入除杂电解槽中，得到待电解的除杂电解槽；
S140、将待电解的除杂电解槽与产品电解槽在铅电解液中进行电解，使铅电解液中的杂质离子和铅离子均在减小电解表面积的阴极析出，以除去铅电解液中的杂质离子。
通过从总电解槽中，选取少量(2％以下)的电解槽作为除杂电解槽，对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，从而减少阴极电解时的有效面积，电解时，由于阴极面积减少，阴极的电流密度增大，阴极表面的电压升高，正常生产中(产品电解槽)电解液中不会在阴极析出的杂质，如铋、锑等都会在减小电解表面积的阴极的表面析出，铅也会在阴极表面大量析出，这样能起到净化电解液的目的。本发明既能去除大极板电解中的铅离子又能同时去除溶液中的金属杂质离子浓度，从而提高生产时的电流密度，提升电流效率，提高生产率。
作为本发明的一个优选方案，待电解的除杂电解槽的极间距为产品电解槽的极间距的两倍；其中，极间距为相邻的同极之间的距离。电解时，由于阴极绝缘材料增大了阴极的厚度，为方便操作，且避免短路，将待电解的除杂电解槽的极间距调整为产品电解槽的极间距的两倍。
图2示出了根据本发明实施例的减小电解表面积的阴极；
如图2所示，作为本发明的一个优选方案，对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，得到减小电解表面积的阴极包括：
采用绝缘材料对阴极的侧边的两个面均进行覆盖处理，使阴极的中部露出，得到减小电解表面积的阴极1。如图2，减小电解表面积的阴极1的两个侧边为绝缘材料覆盖部分2，中部为减小电解表面积的阴极的露出部分3。采用此种方式对阴极进行覆盖处理，能够达到在不影响电解的情况下，使杂质离子和铅离子在阴极的中部析出，便于后续的除杂处理。
作为本发明的一个优选方案，在减小电解表面积的阴极中，被绝缘材料覆盖的部分和露出的部分面积相等。便于作为调整极间距的依据，且除杂效果最佳。也可根据生产中的情况对绝缘面积进行调整。
作为本发明的一个优选方案，绝缘材料为软PVC皮或绝缘条。此为优选材料，也可采用其它绝缘材料进行替代，只要能够达到减小阴极的电解面积即可。
作为本发明的一个优选方案，在将待电解的除杂电解槽与产品电解槽在铅电解液中进行电解，使铅电解液中的杂质离子和铅离子均在减小电解表面积的阴极析出，除去铅电解液中的杂质离子之后，还包括：
电解一个预设周期后，将待电解的除杂电解槽中析出有杂质离子和铅离子的减小电解表面积的阴极取出，并对析出有杂质离子和铅离子的减小电解表面积的阴极进行绝缘覆盖去除处理，得到析出杂质的阴极；
将析出杂质的阴极送入火法精炼工序进行除杂处理，得到除杂后的铅液；
将除杂后的铅液重新浇铸成新阳极板。
除杂电解槽为铅电解过程中的电解槽的一小部分，其作用是利用减小阴极的电解面积，使铅电解液中的金属离子在其表面析出，析出杂质的阴极还需要进行进一步的精炼后才可得到铅产品，因此，需要重新浇铸成新阳极，然后作为产品电解槽的阳极进行电解，得到铅产品。
作为本发明的一个优选方案，杂质离子包括：铋离子和锑离子。为铅电解液中混入的少量杂质。当然也可能包括其它金属离子。
为了更好的对铅电解液除杂方法进行解释说明，下面提供具体的实施案例。
实施案例1
处理的铅阳极板成分为Pb98.2％，Sb0.6％，Bi0.5％，As0.5％，Cu0.06％，Ag0.1％。电解一段时间后，电解液中的铅、锑、铋离子等浓度分别升至150g/L、2g/L与0.05g/L，这些离子浓度的上升会增加电解液的电阻，从而使得电解的电耗增加，因此需要将这些离子浓度都降至正常范围内(铅60～120g/L、锑0.8～1.2g/L、铋0.001～0.003g/L)。
将3槽始极片两面的两边(如图2)用软PVC覆盖阴极板一半左右的表面积，PVC下部用塑料钮扣固定，如图2所示。然后将6台已电解5天的电解槽中的阴极板与一半的阳极板出槽，阳极板出槽时，隔一块吊一块，以便将极间距由原来的110mm调整为220mm。随后将已用PVC覆盖好的始极片隔一块吊一块吊运至该6台电解槽中，通电进行电解。
因除杂电解槽(3槽)中阴极面积减小了约一半，阴极电流密度增大到280A/m2，为原有电流密度(140A/m2)的的两倍左右，大电流密度下大量的铅、铋、锑会在阴极表面析出。电解1～2天后，先将电解槽短路，尔后将阴、阳极分别吊运至阴极洗涤机组与残极洗涤机组进行洗涤，洗涤后将覆盖在阴极板上的软PVC取下，重复使用。洗涤后的阴极不送至铸锭工序，而是返回残极熔铸锅重新浇铸成阳极板。
每个工作日都对其中3台电解槽进行上述操作，直至电解液中的铅、铋、锑等离子浓度恢复到正常范围内。
通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的铅电解液除杂方法，通过从总电解槽中，选取少量(2％以下)的电解槽作为除杂电解槽，对除杂电解槽中的阴极的表面进行部分绝缘覆盖处理，从而减少阴极电解时的有效面积，电解时，由于阴极面积减少，阴极的电流密度增大，阴极表面的电压升高，正常生产中(产品电解槽)电解液中不会在阴极析出的杂质，如铋、锑等都会在减小电解表面积的阴极的表面析出，铅也会在阴极表面大量析出，这样能起到净化电解液的目的。本发明既能去除大极板电解中的铅离子又能同时去除溶液中的金属杂质离子浓度，从而提高生产时的电流密度，提升电流效率，提高生产率。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的铅电解液除杂方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的铅电解液除杂方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
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