一种超声强化铅电解过程装置及方法与流程

本发明涉及铅电解精炼，尤其涉及一种超声强化铅电解过程装置及方法。

背景技术：

1、电解精炼是我国铅冶炼行业进行粗铅提纯的主要手段。铅电解过程包括电解质中离子的迁移过程和电极的金属/溶液界面上的氧化还原反应。阳离子在阴极放电析出，当电解液温度较低、铅离子浓度较小或者循环流量较小时导致阳离子的供应不足，阴极附近阳离子贫化，从而引起浓差极化；同时电子在电极表面积累，使电位向负方向移动，从而抑制金属的沉积。另外，铅电解过程中还存在阴极铅表面析出不均匀以及长粒子等问题。

2、超声波作用于溶液时产生的声冲击、微射流等机械效应可提高溶液的流动速度，提高离子扩散速率，促进非均相界间的扰动和相界面更新，引起电流密度和极限电流密度的相对提高，使沉积在较高的电流密度下进行，从而提高了电解速率及沉积速率[李延盛,尹其光.超声化学.北京:科学技术出版社,1995]。

3、近年来，研究人员对有关超声强化电解沉积过程方式主要通过将电解槽置于装有水的超声装置槽体中或者将探头超声波发生器置于电解槽中的阴极或阳极附近，通过调节超声频率、功率来加速离子扩散，降低浓差极化，提升电流效率。虽然强化效果明显，但这种超声强化电解工艺主要集中在实验室应用研究，且这种超声强化电解沉积方式严重限制了超声强化电解工艺在铅电解领域进行工业化应用。

4、因此，亟需开发一种能工业化应用于铅电解超声强化工艺及装置，降低铅电解过程中浓差极化、消除电解液中的气泡和解决铅离子在阴极沉降不均匀等一系列问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种降低浓差极化、阴极铅析出均匀、提高阴极铅质量、且实现工业化规模生产的超声强化铅电解过程装置。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该装置进行超声强化电解精炼铅的方法。

3、为解决上述问题，本发明所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：该装置包括超声处理设备、铅电解槽、储液槽、高位槽和循环槽；所述循环槽通过循环泵ⅰ串联连接在所述铅电解槽的进液口ⅰ处，该铅电解槽的出液口ⅰ通过管线ⅰ与所述储液槽相连；所述储液槽通过循环泵ⅱ经管线ⅱ与所述高位槽相连，该高位槽通过管线ⅲ与所述循环槽相连；所述循环槽通过管线ⅳ与所述超声处理设备相连，该超声处理设备通过循环泵ⅲ经管线ⅴ与所述循环槽相连；所述高位槽内设有蒸汽加热装置。

4、所述超声处理设备中的电解液采用下进上出循环方式。

5、所述循环槽和所述铅电解槽中的电解液均采用上进下出循环方式。

6、所述超声处理设备的频率为40hz，超声功率为3000w~4500w，加热功率为3000~9000w，电解液流入流量为18~25l/min，处理时间为3min。

7、所述循环泵ⅰ的进液口ⅱ与所述循环槽的出液口ⅲ相连，该循环泵ⅰ的出液口ⅱ与所述铅电解槽的进液口ⅰ相连；所述循环槽的进液口ⅲ经管线ⅲ与所述高位槽通过的出液口ⅳ相连。

8、所述循环泵ⅱ的出液口ⅴ经管线ⅱ与所述高位槽的进液口ⅳ相连，该循环泵ⅱ的进液口ⅴ与所述储液槽的出液口ⅵ相连；所述储液槽的进液口ⅵ经管线ⅰ与所述出液口ⅰ相连。

9、所述循环泵ⅲ的出液口ⅶ经管线ⅴ与所述循环槽的进液口ⅷ相连，该循环泵ⅲ的进液口ⅶ与所述超声处理设备的出液口ⅸ相连；所述超声处理设备的进液口ⅸ经管线ⅳ与所述循环槽的出液口ⅷ相连。

10、所述进液口ⅸ设在距离所述超声处理设备的底部10cm处，所述出液口ⅸ设在距离所述超声处理设备的顶部20cm处。

11、所述管线ⅲ上设有流量计和阀门ⅰ，所述管线ⅳ上设有阀门ⅱ。

12、采用如上所述装置进行超声强化电解精炼铅的方法，包括以下步骤：

13、步骤1：当通过分析检测得到电解液中pb2+离子浓度为60~120g/l、游离氟硅酸浓度为60~100g/l、sif6-总量为100~180g/l时，电解液从高位槽以下进上出的方式和18~25l/min的流速进入循环槽中；开启超声处理设备和循环泵ⅲ，并保持循环泵ⅲ的流量为72~100l/min，在超声频率为40hz、超声功率为3000w~4500w、加热功率为3000~9000w的条件下强化处理3min，然后通过循环泵ⅰ泵入铅电解槽，并流入储液槽；

14、步骤2：在高位槽中加入添加剂；所述添加剂由骨胶500～1000g/t和β-萘酚450～1000g/t组成；

15、步骤3：将铅阳极和始极片放置于铅电解槽中，设置槽电压为0.45v，电流密度为160a/m2，开启直流电源开始电解；

16、步骤4：电解3d后，将阴极取出，用水冲洗后，经真空干燥、称重并观察表面平整度即可。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明将超声处理设备通过外循环连接于铅电解槽电解液入口处，通过控制超声功率和循环流量以及电解液超声时间，实现超声强化技术在铅电解过程工业化规模应用。

19、2、本发明通过超声波作用于铅电解液，电解液在超声波空化效应和机械作效应作用下，形成微射流和冲击波，能不断冲刷、洗涤阳极板表面，加速了离子扩散，极大地活化电解液，使电解液中铅离子分布更均匀，同时促使杂质沉降，降低了铅离子因电化学过程引起的浓差极化，解决了铅离子在阴极析出不均匀的问题。

20、3、本发明通过超声处理设备能使添加剂与电解液充分混合，同时也能加热电解液，以补充电解液在外循环强化过程中的热损失，从而得到表面光滑的阴极铅，进而提高阴极铅质量。

技术特征：

1.一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：该装置包括超声处理设备（1）、铅电解槽（3）、储液槽（4）、高位槽（6）和循环槽（15）；所述循环槽（15）通过循环泵ⅰ（2）串联连接在所述铅电解槽（3）的进液口ⅰ处，该铅电解槽（3）的出液口ⅰ通过管线ⅰ（7）与所述储液槽（4）相连；所述储液槽（4）通过循环泵ⅱ（5）经管线ⅱ（11）与所述高位槽（6）相连，该高位槽（6）通过管线ⅲ（12）与所述循环槽（15）相连；所述循环槽（15）通过管线ⅳ（13）与所述超声处理设备（1）相连，该超声处理设备（1）通过循环泵ⅲ（14）经管线ⅴ（16）与所述循环槽（15）相连；所述高位槽（6）内设有蒸汽加热装置（8）。

2.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述超声处理设备（1）中的电解液采用下进上出循环方式。

3.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述循环槽（15）和所述铅电解槽（3）中的电解液均采用上进下出循环方式。

4.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述超声处理设备（1）的频率为40hz，超声功率为3000w~4500w，加热功率为3000~9000w，电解液流入流量为18~25l/min，处理时间为3min。

5.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述循环泵ⅰ（2）的进液口ⅱ与所述循环槽（15）的出液口ⅲ相连，该循环泵ⅰ（2）的出液口ⅱ与所述铅电解槽（3）的进液口ⅰ相连；所述循环槽（15）的进液口ⅲ（11）经管线ⅲ（12）与所述高位槽（6）通过的出液口ⅳ相连。

6.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述循环泵ⅱ（5）的出液口ⅴ经管线ⅱ（11）与所述高位槽（6）的进液口ⅳ相连，该循环泵ⅱ（5）的进液口ⅴ与所述储液槽（4）的出液口ⅵ相连；所述储液槽（4）的进液口ⅵ经管线ⅰ（7）与所述出液口ⅰ相连。

7.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述循环泵ⅲ（14）的出液口ⅶ经管线ⅴ（16）与所述循环槽（15）的进液口ⅷ相连，该循环泵ⅲ（14）的进液口ⅶ与所述超声处理设备（1）的出液口ⅸ相连；所述超声处理设备（1）的进液口ⅸ经管线ⅳ（13）与所述循环槽（15）的出液口ⅷ相连。

8.如权利要求7所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述进液口ⅸ设在距离所述超声处理设备（1）的底部10cm处，所述出液口ⅸ设在距离所述超声处理设备（1）的顶部20cm处。

9.如权利要求1所述的一种超声强化铅电解过程装置，其特征在于：所述管线ⅲ（12）上设有流量计（10）和阀门ⅰ（91），所述管线ⅳ（13）上设有阀门ⅱ（92）。

10.采用如权利要求1~9之一所述装置进行超声强化电解精炼铅的方法，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种超声强化铅电解过程装置，该装置包括超声处理设备、铅电解槽、储液槽、高位槽和循环槽。所述循环槽通过循环泵Ⅰ串联连接在所述铅电解槽的进液口Ⅰ处，该铅电解槽的出液口Ⅰ通过管线Ⅰ与所述储液槽相连；所述储液槽通过循环泵Ⅱ经管线Ⅱ与所述高位槽相连，该高位槽通过管线Ⅲ与所述循环槽相连；所述循环槽通过管线Ⅳ与所述超声处理设备相连，该超声处理设备通过循环泵Ⅲ经管线Ⅴ与所述循环槽相连；所述高位槽内设有蒸汽加热装置。同时，本发明还公开了采用该装置进行超声强化电解精炼铅的方法。本发明可显著降低铅离子因电化学过程引起的浓差极化，使阴极铅析出均匀、提高阴极铅质量，且实现工业化规模生产。技术研发人员：于建忠,牛永胜,庞振业,李杰,谈家贤,郭永宏,展之旺,姚应锋,张彦翠,王源瑞,王亚平,马健飞,孙帅楠受保护的技术使用者：西北矿冶研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/18