CN108221000A - 一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液及应用，属于湿法冶金技术领域。本发明用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液为草酸锑铵溶液体系，包含草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为50~110g/L，草酸离子浓度为120~260g/L，铵离子浓度为25~55g/L。采用粗锑浇铸的可溶性阳极板或惰性阳极板、本发明的电解液，以铝板、不锈钢板、铜板或纯锑板为阴极，在直流电、阴极电流密度为100~400A/m2、阴阳极板间距为30~50mm、电解温度25~60℃条件下，电解24~72h即得阴极锑。本发明的草酸锑铵溶液电解液体系具有清洁环保、电导率高、锑溶解度高等特点，可用于粗锑电解精炼或锑电解沉积工艺中，电解槽电压低，电流效率高，直流电耗低，可获得高纯度、表面形貌致密优良的阴极锑。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液及应用，属于湿法冶金技术领域。
背景技术
金属电沉积和粗金属电解精炼是冶金领域用于溶液体系中提取和提纯金属的一种常用方法。金属电沉积是湿法炼锑浸出和净化工序后从锑溶液中提取金属的工序，将所得的溶液通过电解产出金属锑。粗锑电解精炼是由于采用各种方法生产的粗锑都含有一定量的杂质，为了除去有害杂质，将粗锑浇铸成阳极板，与阴极板一起置于电解液中，通以直流电进行电解，比锑正电性的杂质不溶解进入阳极泥，锑和比锑负电性的杂质溶解进入电解液中，锑在阴极上沉积析出，比锑负电性的杂质留在电解液中，最终实现粗锑提纯的一种方法。
目前，锑电沉积和粗锑电解精炼采用的电解液体系可分为碱性电解液体系和酸性电解液体系两大类。碱性电解液体系主要是含有碳酸钠和氢氧化钠的硫化物碱溶液、多羟基有机物碱性体系。酸性电解液体系有氢氟酸-硫酸体系、氯化盐体系、酒石酸体系以及柠檬酸体系。
上世纪五十年代即有研究表明三氯化锑在大量盐酸和氯化盐类的存在下能够很好地溶解。这种电解液能够保持相当高的锑离子浓度，并且在电解过程中可获得接近理论值的电流效率。但氯化物体系阴极容易析出爆锑，此外，溶液稀释时，容易发生水解反应，析出氯氧化物，不能借助洗涤阴极和残阳极的方法进行电解液再生。这些均限制了该体系的工业应用。三氟化锑与三氯化锑不同，既易溶于水，稀释时也不析出不溶性的盐类。目前在现代工业生产中概采用由氢氟酸和硫酸组成的混合电解液。这种电解液价格便宜，有较好的电导性，电解过程也比较稳定。但电解液中的氟化物对人体和环境都会造成损害，生产条件较差，且强酸性电解液对设备要求也较高。用酒石酸和柠檬酸的酸性溶液进行粗锑电解精炼曾被研究过，但由于这两种有机物价格昂贵，且能采用的电流密度较低，没有工业应用推广价值。
采用碳酸钠和氢氧化钠组成的硫化物碱性电解液主要有以下两个缺点：第一，不能获得致密的阴极沉积物，电解后期，多呈粉状，因此阴极沉积的厚度不能大于2mm；第二，如果粗锑阳极含铅，很快生成钝化盐，导致槽电压升高。因此锑的硫化物碱性电解液虽在理论上可行，但也未能得到工业推广应用。锑的多羟基有机物碱性电解液体系主要有甘油、木糖醇和酒石酸，但价格昂贵，且用于粗锑电解精炼时的槽电压较高在0.40～0.45V。
发明内容
针对现有电解精炼粗锑或电沉积锑技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液及应用，本发明采用草酸锑铵溶液体系为电解液体系进行电解，草酸锑铵溶液体系具有清洁环保、电导率高、锑溶解度高、电能消耗低、阴极沉积层质量好等特点。
一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为50~110g/L，草酸离子浓度为120~260g/L，铵离子浓度为25~55g/L。
所述用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液的应用方法，具体步骤如下：
采用粗锑浇铸的可溶性阳极板或石墨等惰性阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，铝板、不锈钢板、铜板或纯锑板为阴极，在直流电、阴极电流密度为100~400A/m2、阴阳极板间距为30~50mm、电解温度25~60℃条件下，电解24~72h即得阴极锑，阴极锑经熔融和浇铸可达国标1#锑。
具体地，本发明所述电解液用于电解精炼粗锑的方法中的阳极为火法初步除杂并浇铸成的粗锑板；
具体地，本发明所述电解液用于电沉积锑的方法的阳极为惰性电极；
所述的草酸锑铵体系电解液可采用循环或不循环，电解液循环方式为上进下出或下进上出。
本发明的有益效果：
（1）本发明的电解液环境友好，可避免传统的氢氟酸和硫酸组成的混合电解液体系电解过程产生有毒有害气体、酸雾对环境的严重污染和对人体的严重危害；
（2）本发明的电解液可生产质量好、纯度高的阴极锑，阴极锑中Sb质量百分含量≥99.85%，阴极表面结晶致密，经过熔融和浇铸后获得符合国标1#锑锭；
（3）本发明的电解液的电解或电沉积过程的槽电压低，在阴极电流密度100~400A/m2的条件下，电解精炼的槽电压仅为0.2~0.5V，电解沉积的槽电压仅为1.4V~3.0V，电流效率高，大于96%；
（4）本发明的电解液的电解或电沉积过程的直流电耗低，在阴极电流密度100~400A/m2的条件下，电解精炼的相应直流电耗仅为137.6~331.0kW·h/tSb，电解沉积的相应直流电耗仅为971.2~1988.9kW·h/tSb，节能效果显著。
附图说明
图1为实施例1的电解精炼所得阴极锑的形貌图（20000倍）；
图2为实施例2的电解精炼所得阴极锑的形貌图（1200倍）；
图3为实施例3的电解沉积所得阴极锑的形貌图（10000倍）；
图4为实施例4的电解沉积所得阴极锑的形貌图（4000倍）；
图5为本发明电解精炼/电解沉积的装置示意图；
图中：1-直流稳压电源、2-电压表、3-电流表、4-粗锑阳极板或惰性阳极板、5-阴极板、6-温度计、7-水浴锅、8-电解槽挡板、9-蠕动泵、10-电解液储槽。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明电解精炼/电解沉积的装置示意图如图5所示，所有实施例的电解精炼或电解沉积均按照图5的连接方式将直流稳压电源1、电压表2、电流表3、粗锑阳极板或惰性阳极板4、阴极板5、温度计6、水浴锅7、电解槽挡板8、蠕动泵9、电解液储槽10连接成电解设备。
实施例1：本实施例中用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为90g/L，草酸离子浓度为210g/L，铵离子浓度为43g/L；
本实施例电解液用于电解精炼粗锑的方法，具体步骤如下：
采用火法初步除杂并浇铸成的粗锑板为阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，316L不锈钢板为阴极，在直流电、阴极电流密度为400A/m2、阴阳极板间距为50mm、电解温度40℃、电解液不循环条件下，电解60h即得阴极锑；其中粗锑阳极板包括以下质量百分比组分：Sb 96.72%，As 0.19 %，Pb 1.62%，Bi 0.21%，Fe 0.54%，Cu 0.0096%，S 0.0015%，Ag0.0143%；
本实施例的阴极锑经熔融和浇铸达到国标1#精锑标准，电解精炼所得阴极锑的形貌图如图1所示，从图1阴极沉积物的扫描电镜图可知，阴极获得的锑沉积层颗粒尺寸细小均匀，结晶致密，具有优良的形貌；
本实施例中电解精炼粗锑的槽电压为0.4V，电流效率为97.8%，直流电耗为270.14kW·h/tSb。
实施例2：本实施例中用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为110g/L，草酸离子浓度为260g/L，铵离子浓度为55g/L；
本实施例电解液用于电解精炼粗锑的方法，具体步骤如下：
采用火法初步除杂并浇铸成的粗锑板为阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，铝板为阴极，在直流电、阴极电流密度为200A/m2、阴阳极板间距为40mm、电解液循环量30L/min、电解温度60℃条件下，电解24h即得阴极锑；其中粗锑阳极板包括以下质量百分比组分：Sb96.60%，As 0.52 %，Pb 1.47%，Bi 0.19%，Fe 0.74%，Cu 0.01%，S 0.002%，Ag 0.0128%；其中草酸锑铵溶液体系电解液循环方式为上进下出；
本实施例的阴极锑经熔融和浇铸达到国标1#精锑标准，电解精炼所得阴极锑的形貌图如图2所示，从图2阴极沉积物的扫描电镜图可知，阴极获得的锑沉积层颗粒均匀，具有良好的形貌；
本实施例中电解精炼粗锑的槽电压为0.28V，电流效率为99.6%，直流电耗为185.68kW·h/tSb。
实施例3：本实施例中用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为70g/L，草酸离子浓度为170g/L，铵离子浓度为30g/L；
本实施例电解液用于电沉积锑的方法，具体步骤如下：
采用石墨惰性电极为阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，紫铜板为阴极，在直流电、阴极电流密度为300A/m2、阴阳极板间距为40mm、电解液循环量30L/min、电解温度50℃条件下，电解36h即得阴极锑；其中草酸锑铵溶液体系电解液循环方式为下进上出。
本实施例的阴极锑经熔融和浇铸达到国标1#精锑标准，电沉积锑所得阴极锑的形貌图如图3所示，从图3阴极沉积物的扫描电镜图可知，阴极获得的锑沉积层颗粒细小均匀，结晶致密平整，光亮性好，具有优良的形貌；
本实施例中电沉积锑的槽电压为2.1V，电流效率为98.12%，直流电耗为1413.63 kW·h/tSb。
实施例4：本实施例中用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为50g/L，草酸离子浓度为120g/L，铵离子浓度为25g/L；
本实施例电解液用于电沉积锑的方法，具体步骤如下：
采用石墨惰性电极为阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，纯锑板为阴极，在直流电、阴极电流密度为100A/m2、阴阳极板间距为30mm、电解液循环量30L/min、电解温度为室温（25℃）条件下，电解72h即得阴极锑，其中草酸锑铵溶液体系电解液循环方式为下进上出。
本实施例的阴极锑经熔融和浇铸达到国标1#精锑标准，电沉积锑所得阴极锑的形貌图如图4所示，从图4阴极沉积物的扫描电镜图可知，阴极获得的锑沉积层颗粒细小均匀，结晶致密平整，具有良好的形貌；
本实施例中电沉积锑的槽电压为2.0V，电流效率为97.64%，直流电耗为1352.98 kW·h/tSb。
Claims (2)
1.一种用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液，其特征在于：该电解液为草酸锑铵溶液体系，草酸锑铵溶液体系中含有草酸离子、铵离子和锑离子，其中Sb3+浓度为50~110g/L，草酸离子浓度为120~260g/L，铵离子浓度为25~55g/L。
2.权利要求1所述用于电解精炼粗锑或电沉积锑的电解液的应用方法，其特征在于，具体步骤如下：
采用粗锑浇铸的可溶性阳极板或石墨等惰性阳极板，以草酸锑铵溶液体系为电解液，铝板、不锈钢板、铜板或纯锑板为阴极，在直流电、阴极电流密度为100~400A/m2、阴阳极板间距为30~50mm、电解温度25~60℃条件下，电解24~72h即得阴极锑。
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