CN106676583B - 一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,属于离子液体冶金技术领域。将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱‑乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;向合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液;将配制的电解液加热到30~70℃,以锡铅合金块为阳极、铜片为阴极,进行电解,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗、干燥后得到含Sn≥99.95wt%的锡粉。本发明是以氯化胆碱—乙二醇低共熔溶剂中添加适量的氯化亚锡配制成为电解液,该电解液的蒸汽压极低、几乎不挥发、热稳定性良好,电解质体系环境友好,可循环使用。

Description

一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法
技术领域
本发明涉及一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,属于离子液体冶金技术领域。
背景技术
锡、铅同属元素周期表中的第ⅣA族的元素,它们的物理化学性质比较相近。锡铅二元系在热力学性质上对理想溶液呈现一定的负偏差,在火法冶炼过程中的行为比较相似,导致锡铅合金的分离存在一定难度。目前,锡铅合金的分离主要有火法冶金、真空蒸馏和电解等分离方法。
在已公布的专利CN101570826A[1]中,使用多级真空蒸馏分离锡铅合金,原料锡铅合金在真空炉中进行三级真空蒸馏,控制各级真空度在0.1~0.5Pa,蒸馏10~20min;一级真空蒸馏温度为900~1050℃,二级真空蒸馏温度为1100~1250℃,三级真空蒸馏温度为1100~1250℃,使沸点高的锡保持液态,而沸点较低的铅则以气态形式从合金中挥发出来,产出精锡和铅锡合金(作为一级蒸馏的原料),从而实现锡、铅的分离。真空蒸馏分离锡铅合金的工艺对设备要求高、蒸馏温度较高、能耗较大。
专利CN102424983B[2]提供了一种高杂铅锡合金组合电解的方法,包括熔炼浇注、锡渣框料电解、阳极板电解。将锡铅合金放入500~650℃的熔锡锅熔化,捞出锡渣,熔液浇注成合金阳极板,将捞出的锡渣制成粒度为5~30mm的颗粒,然后装框,放入框料电解液进行隔膜电解,电解槽电压0.3~3.5V,电流密度30~80A/m2;对浇注的合金阳极板进行板料电解,从阳极泥回收锡自补给电解液。此隔膜电解工艺的槽电压较高,能耗较大。
参考文献:
[1]戴卫平,速斌,曹劲松等.一种多级真空蒸馏分离锡铅合金的方法[P].中国专利CN101570826A.
[2]李果,谢官华,吴建明等.一种高杂锡铅合金组合电解工艺[P].中国专利CN102424983B。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足,本发明提供一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法。本发明是以氯化胆碱—乙二醇低共熔溶剂中添加适量的氯化亚锡配制成为电解液,该电解液的蒸汽压极低、几乎不挥发、热稳定性良好,电解质体系环境友好,可循环使用。对于铅含量较高的锡铅合金,经过一次电解可得到含Sn 99.95%及以上的锡粉,电解的电流效率在95%以上,本发明通过以下技术方案实现。
一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.05~0.2mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到30~70℃,以锡铅合金块为阳极、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1~2:1,阴阳极间距为10~20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为200~700r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60~120A/m2,电解1~10h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5~10 min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制40~60℃进行干燥)后得到含Sn≥99.95wt%的锡粉。
所述步骤3中锡铅合金含铅量为5wt%~20wt%。
本发明的有益效果是:
(1)电解质体系为氯化胆碱—乙二醇低共熔溶剂,其原料易得、制备简单,室温下蒸汽压极低,基本不挥发,具有较好的热稳定性,使用时的操作环境好,可循环使用。
(2)电解电流效率高于95%,对于铅含量为5%~20%的锡铅合金,经过一次电解便可得到含Sn 99.95%及以上的锡粉。
(3)本发明得到的阴极产物为树枝状锡粉,在金属电镀防腐、无铅焊接以及3D打印等方面具有广泛的用途。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;
图2是本发明实施例1电解得到的锡粉的SEM图A;
图3是本发明实施例1电解得到的锡粉的SEM图B;
图4是本发明实施例1电解得到的锡粉的粒度分析结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L。
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解6h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9723wt%的锡粉。
本实施例制备得到的锡粉SEM图如图2和3所示,从图2和3中可以看出1ChCl:2EGDES中电解分离锡铅合金,在阴极产出纯锡粉的形貌为树枝状。锡粉的粒度分析结果如图4所示,从图4中可以看出所得锡粉的中位粒径在80μm左右。
实施例2
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.05mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解8h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9701wt%的锡粉。
实施例3
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到40℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为2:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解6h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9709wt%的锡粉。
实施例4
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到70℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为2:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解8h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9667wt%的锡粉。
实施例4
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到70℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为2:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解8h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9667wt%的锡粉。
实施例5
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为5wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1.5:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为120A/m2,电解10h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.9717wt%的锡粉。
实施例6
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为10wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1:1,阴阳极间距为20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为500r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为80A/m2,电解10h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗5min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制60℃进行干燥)后得到含Sn99.967wt%的锡粉。
实施例7
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到60℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为15wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1:1,阴阳极间距为15mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为700r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60A/m2,电解6h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗10min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制40℃进行干燥)后得到含Sn99.9665wt%的锡粉。
实施例8
如图1所示,该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.2mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到30℃,以锡铅合金块为阳极(含铅量为20wt%)、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1:1,阴阳极间距为10mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为200r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为110A/m2,电解1h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗(超声分散清洗8min,重复超声分散清洗3次)、干燥(控制50℃进行干燥)后得到含Sn99.967wt%的锡粉。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其特征在于具体步骤如下:
步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合,然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体,合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂,简称1ChCl:2EG DES;
步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡,搅拌溶解均匀,配制成电解液,电解液中氯化亚锡的浓度为0.05~0.2mol/L;
步骤3、将步骤2配制的电解液加热到30~70℃,以锡铅合金块为阳极、铜片为阴极,控制阳极与阴极的面积比为1~2:1,阴阳极间距为10~20mm,对电解液进行搅拌,在搅拌转速为200~700r/min,同时在阴极与阳极间通以直流电,控制阴极电流密度为60~120A/m2,电解1~10h,在阴极上得到树枝状锡粉,将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落,然后经超声分散清洗、干燥后得到含Sn≥99.95wt%的锡粉。
2.根据权利要求1所述的利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法,其特征在于:所述步骤3中锡铅合金含铅量为5wt%~20wt%。
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