CN102268714A - 一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法，属于电解提取金属镓技术领域。工艺为：将电解提取镓用阴极经过除油除锈处理；在酸性、中性或碱性电解液中，将电解提取镓用阴极作为阳极进行电化学预处理，阴极可以但不限于是不锈钢，预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为3min-2h。经过电化学预处理后的电极表面电极的微观表面更为平缓，电极表面电流分布较为均匀，且由于经过电化学预处理的电极表面暴露出部分晶格结构，使得电沉积镓与电极表面的结合力更强，降低沉积镓在碱性条件下的返溶性，从而更容易电沉积出连续的金属镓层，缩短电沉积的诱导时间。电极的电化学预处理方法具有工艺简便，易于操作等优点。

Description

一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法
技术领域
本发明属于电解提取金属镓技术领域，特别是涉及一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法。
背景技术
镓属稀散金属，在自然界中常与铝、铁、锌等金属矿物相伴而生，因此金属镓主要是从冶炼这些金属的副产物中回收和提取。当今90％的原生镓是从氧化铝生产的循环母液中提取的，生产中多通过石灰乳法、碳酸化或者是树脂吸附等方法得到富镓溶液或镓精矿，然后通过碱化造液在NaOH碱性溶液中电解镓酸钠以获得金属镓，电极一般为不锈钢电极。
由于镓在矿床中的含量很低，即使经过多次富集后，电解液中的镓浓度也只有几g/L。在低镓浓度条件下电解提取镓时，由于传质速率低和析氢副反应的影响导致电流效率低下。特别是在电解初期，析氢反应使不锈钢电极表面附着一层氢气泡，且由于电极微观结构凹凸不平，使得氢气泡更容易附着长大导致电极表面电流分布不均，阻碍了电解液中的镓离子在阴极得到电子还原成金属镓；另外，镓易溶于碱，在电极的微观凸出处，电流密度较高，镓更容易沉积，沉积出的镓与溶液接触的表面积也更大，且由于析氢反应使得凸出处局部碱化程度更高，刚沉积到电极表面的镓颗粒由于比表面积大、活性高，又很快返溶于溶液中，从而很难在电极表面沉积上金属镓。从电解开始到不锈钢电极上镀上一层金属镓，这段时间可称为电解的诱导期。不锈钢电极在使用前一般经过去油、去锈、酸浸蚀等处理，以提高电极的活性，但研究发现仅通过上述处理后的电极在电解时诱导期时间长，电流效率低，能耗大。
Flamini通过研究GaCl3电解液的循环伏安曲线，发现Ga在玻碳电极上电沉积的初始阶段有很高的过电位(J Appl Electrochem，2007，37：467-471)，这也说明了电解提取金属镓初期诱导期时间长的原因。Dorin比较了不同阴极的材料，发现虽然不锈钢相比铜具有较低的镓过电位，但由于不锈钢的析氢电位更低，使得不锈钢上更难电沉积出镓(J Appl Electrochem，1988，18：134-141)。
虽然电解提取镓的研究中通过寻找具有高析氢电位和低镓过电位的阴极材料来强化镓的提取，但目前发现的合适的阴极材料主要是锡、铟、及合金等贵金属，在生产中会造成贵金属的消耗与生产成本增加。关于通过电极的阳极电化学预处理来强化金属电解提取方面还未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法，能够克服电解初期由于电极表面析氢副反应导致诱导时间长的问题，可有效缩短金属镓电解诱导期时间，以达到提高电流效率，降低能耗的目的。
本发明的工艺为：
(1)将电解提取镓用阴极经过除油除锈处理；
(2)在酸性、中性或碱性预处理液中，将电解提取镓用阴极作为阳极进行电化学预处理，阴极可以但不限于是不锈钢，预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为3min-2h。
经过预处理后的阴极表面暴露出晶格结构，使得电沉积镓与电极表面的结合力更强，降低沉积镓在碱性条件下的返溶性，从而更容易电沉积出金属镓，缩短诱导时间。
步骤(1)中电解提取镓用阴极为不锈钢、锡、铟、锌或锌锡合金。
步骤(2)中所述的酸性预处理液为硫酸、盐酸或硝酸的稀溶液，预处理液浓度为体积比5％-20％的上述酸性水溶液；预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为3-10min。
步骤(2)中所述的碱性预处理液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，预处理液浓度为质量浓度5％-20％的上述碱性水溶液；预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为0.5-2h。
步骤(2)中所述的中性预处理液为氯化钠、硝酸钠或硫酸钠的水溶液，预处理液浓度为质量浓度5％-20％的上述盐的水溶液；预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为0.5-2h。
本发明的技术优势在于：
1.电极在电化学预处理时不会出现过腐蚀现象，影响电解镓的产品质量。
2.经过预处理后的电极在电解提取镓时的诱导期时间显著减小。
3.可以使用电解提取金属镓过程中使用过的阳极作为阴极。
4.本发明的工艺简便，易于操作，电化学预处理的电解液种类多，可在酸性、中性、碱性电解液中进行，并且电流密度、电解温度等操作范围宽。
附图说明
图1为未处理电极的扫描电子显微镜形貌。
图2为氢氧化钠溶液中电化学预处理的电极的扫描电子显微镜形貌。
图3为硫酸溶液中电化学预处理电极的扫描电子显微镜形貌。
从图中可发现，经过电化学预处理后，电极的微观表面更为平缓。由于未经电化学预处理的电极表面凹凸不平，存在大量打磨时产生的划痕，在微观凸出处，电流密度较高，镓更容易沉积，沉积出的镓与溶液接触的表面积也更大，且由于析氢反应使凸出处局部碱化程度更高，使得沉积镓更容易溶解；经过电化学预处理后的电极表面相对平缓，电极表面电流分布较为均匀，更容易电沉积出连续的金属镓层。另外由于经过电化学预处理的电极表面暴露出部分晶格结构，使得电沉积镓与电极表面的结合力更强，降低沉积镓在碱性条件下的返溶性，从而更容易电沉积出连续的金属镓层，缩短诱导时间。
具体实施方式
下面结合具体方式对本发明作详细描述。
实施例1
(1)经过除锈除油处理后的不锈钢电极作为阴极和阳极，在体积比10％硫酸溶液中电化学预处理，温度25℃，电流密度0.1A/cm2，预处理时间5min。
(2)将经过步骤(1)电化学预处理的阳极作为阴极在镓酸钠溶液进行电解提取金属镓。镓酸钠电解液体积750ml，电极面积30cm2，镓离子(III)浓度1g/L，电解温度40℃，电流3A。
(3)经电化学预处理后的电极电解的诱导时间为20min，而未进行电化学预处理的电极的诱导时间为4-6h。
实施例2
(1)经过除锈除油处理后的不锈钢电极作为阴极和阳极，在质量浓度10％氢氧化钠溶液中进行电化学预处理，温度20℃，电流密度0.1A/cm2，预处理时间30min。
(2)将经过步骤(1)电化学预处理的阳极作为阴极在镓酸钠溶液进行电解提取金属镓。镓酸钠电解液体积750ml，电极面积30cm2，镓离子(III)浓度1g/L，电解温度40℃，电流3A。
(3)经电化学预处理后的电极电解的诱导时间为1.5h，而未进行电化学预处理的电极的诱导时间为4-6h。
实施例3
(1)经过除锈除油处理后的不锈钢电极作为阴极和阳极，在体积比10％硫酸溶液中电化学预处理，温度25℃，电流密度0.05A/cm2，预处理时间5min。
(2)将经过步骤(1)电化学预处理的阳极作为阴极在镓酸钠溶液进行电解提取金属镓。镓酸钠电解液体积750ml，电极面积30cm2，镓离子(III)浓度1g/L，电解温度40℃，电流3A。
(3)经电化学预处理后的电极电解的诱导时间为35min，而未进行电化学预处理的电极的诱导时间为4-6h。

Claims (5)

1.一种电解提取金属镓用阴极的电化学预处理方法，其特征在于，
(1)将电解提取镓用阴极经过除油除锈处理；
(2)在酸性、中性或碱性预处理液中，将电解提取镓用阴极作为阳极进行电化学预处理，阴极为不锈钢，预处理温度为15-40℃，阳极电流密度0.01-0.2A/cm2，预处理时间为3min-2h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中电解提取镓用阴极为锡、铟、锌或锌锡合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸性预处理液为硫酸、盐酸或硝酸的稀溶液，预处理液浓度为体积比5％-20％的上述酸性水溶液；预处理时间为3-10min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱性预处理液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，预处理液浓度为质量浓度5％-20％的上述碱性水溶液；预处理时间为0.5-2h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的中性预处理液为氯化钠、硝酸钠或硫酸钠的水溶液，预处理液浓度为质量浓度5％-20％的上述盐的水溶液，预处理时间为0.5-2h。
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