CN109609978B - 一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法。本发明是通过联合添加剂和搅拌液流传质的协同作用在碱介质条件下电沉积得到片状金属锌。联合添加剂由明胶、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）、二季戊四醇（DPE）和添加剂A组成，添加剂A选自氧化铅、硫酸铅或者碳酸铅的任意一种或者几种，其用量分别为明胶0.1‑10g/L、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）0.1‑10g/L、二季戊四醇（DPE）0.1‑10g/L、添加剂A 0.1‑10g/。电沉积过程中采用50‑150r/min机械搅拌形成液流，能够得到片状的金属锌。形成的片状锌易于冲洗，方便运输，更易熔锭。

Description

一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法
技术领域
本发明属于电沉积片状锌技术领域，具体的说，涉及一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法。
背景技术
近年来我国锌冶金得到了迅速发展，已经成为世界最大的锌生产国和消费国。我国的锌资源虽居世界前列，但是却缺点众多，如难开采、低品位矿产多、高品位矿产少、中小型的矿产居多。回收利用二次锌资源就是必不可少的一环。
传统回收锌的方法是用火法，但是火法能耗高，产品纯度低，且对环境污染严重。湿法工艺可回收复杂物料中的多种金属，具有回收率高、环境友好等优点。传统的酸法炼锌工艺在处理这些原料时，存在耗酸量大、杂质分离困难、流程极其复杂、过程难于控制、环境技术经济指标差的缺点。碱法浸出氧化锌不易腐蚀设备，固液分离容易，浸出液易净化，是目前研究较多，也是最有前途的处理氧化锌矿的方法。碱浸-电解法生产高品位锌粉具有原料来源广、设备及流程简单和经济性好等优势，目前已经在实验室研究出比较成熟的实验方法和条件，如何能更好的应用到实际生产以及将碱浸法应用到提取其他金属中已经成为今后的发展方向。
目前碱性条件下，能够沉积出片状锌粉，活性高，径厚比大，但是片状锌粉依旧是粉末状。本身锌金属就需要作防氧化表面处理，锌粉的防氧化处理更为复杂。锌粉难清洗，不便于工业上的进一步使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在碱性介质中电沉积平整光滑、易于清洗、运输和熔锭的片状锌的方法。
发明人发现，在电解含锌碱性溶液时，通过控制电解条件，加入适当的添加剂，并加以搅拌形成液流，可以获得片状金属锌。形成片状金属锌是多种复合添加剂和搅拌液流传质的协同作用的结果，理论依据如下：
（1）搅拌有利于传质过程中晶型的形成，电沉积锌表面的形状由成核和生长速度两方面决定，晶体大小由离子传质速度决定，转速越高有利于传质过程，晶粒增大，也就更易形成紧密结构。
（2）铅离子可以降低锌的溶解和析氢速率，且可使生成的锌颗粒粒径减小、分布更加均匀；明胶作为一种胶类物质可以通过链上所带的配位集团的配合作用以及阴极板的吸附作用以减少杂质金属的析出，抑制微电池的形成，从而减少氢的析出，提高电流效率并降低锌板杂质含量，但明胶的增加会使析出锌表面粗糙，在阴极锌表面形成海绵状空穴，在熔铸过程中直收率低，甚至引起阴极锌的返溶或烧板，因而需要控制好明胶的用量；DPE能被电极吸附对锌电沉积过程起阻化作用，可以很明显地改善锌电沉积平整和光亮性，但DPE的增加会电沉积层发生脆性；乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）具有广泛的配位性能，能够与金属离子形成稳定的螯合物，在晶核表面有较强的吸附性，对锌电沉积起到阻化作用，改善电沉积平整性。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法，具体步骤如下：
首先配制含锌强碱溶液，该溶液中含ZnO 1-30g/L，强碱50-250g/L和联合添加剂；其中：强碱选自NaOH或KOH中的一种或两种，联合添加剂由明胶、乙二胺四乙酸二钠盐EDTA、二季戊四醇DPE和添加剂A组成，添加剂A选自氧化铅、硫酸铅或者碳酸铅的任意一种或者几种；
然后以不锈钢板为阳极、钛片为阴极，极板间距为0.1-5cm，电流密度为100-1000A/m2，利用机械搅拌搅动溶液形成液流促进锌的电沉积，转速为50-150r/min，在10-100℃的温度下电解1-180min后，停止电解，即得到片状锌，用水清洗至洗水pH为中性后保存。
本发明中，含锌强碱溶液中含ZnO 20-30g/L, 强碱200-240g/L。
本发明中，含锌强碱溶液中，明胶0.1-10g/L，乙二胺四乙酸二钠盐EDTA 0.1-10g/L，二季戊四醇DPE0.1-10g/L，添加剂A 0.1-10g/L。
本发明中，电流密度为300~600 A/m2。
本发明中，转速为50-100r/min。
本发明中，电解温度为30-40℃，电解时间为60~120min。
本发明所公开的一种从碱性介质中电沉积片状锌的工艺方法，具有以下优点和效果：（1）本发明解决了目前碱性条件下电沉积锌的产品为锌粉状的问题，得到的产品为易从电极上剥落的光滑平整的锌片。
（2）本发明使阴极板的析出质量有较大的改善，硬度提高。
附图说明
图1是实施例1中电沉积得到的片状金属锌放大5000倍的扫描电镜图。
图2是对比例1中电沉积得到的片状金属锌放大5000倍的扫描电镜图。
图3是实施例2中电沉积得到的片状金属锌放大5000倍的扫描电镜图。
图4是对比例2中电沉积得到的片状锌粉产品图。
图5是实施例3中电沉积得到的片状锌产品图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体技术方案做进一步说明。
实施例1
电流密度300A/㎡，电解液温度30℃，同极10mm，电解周期2h，电解液含25g/LZnO，NaOH 6mol/L，不锈钢作为阳极，钛片作为阴极，电解时的搅拌速度为50r/min。溶液中加入明胶0.3g/L、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）0.4g/L、氧化铅0.2g/L、二季戊四醇（DPE）0.7g/L组成的联合添加剂，可得到片状金属锌，电流效率为99.5%。所得扫描电镜图如图1，其呈现小方块状。
对比例1
电流密度300A/㎡，电解液温度30℃，同极10mm，电解周期2h，电解液含25g/L ZnO，NaOH 6mol/L，不锈钢作为阳极，钛片作为阴极，不搅拌。溶液中不加入任何联合添加剂，不可得到片状金属锌，得到的是粉末状金属锌。所得扫描电镜图如图2，均为枝状。
实施例2
电流密度550A/㎡，电解液温度35℃，同极10mm，电解周期2h，电解液含30g/L ZnO，NaOH6mol/L，不锈钢作为阳极，钛片作为阴极，电解时的搅拌速度为60r/min。溶液中加入明胶0.2g/L、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）0.5g/L、碳酸铅0.1g/L、二季戊四醇（DPE）0.4g/L组成的联合添加剂，可得到片状金属锌，电流效率为99.2%。所得扫描电镜图如图3，呈小块状。
对比例2
电流密度 550A/㎡，电解液温度35℃，同极10mm，电解周期2h，电解液含30g/LZnO，NaOH6mol/L，不锈钢作为阳极，钛片作为阴极，电解时的搅拌速度为60r/min。溶液中加入明胶0.2g/L、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）0.5g/L，不可得到片状金属锌。所得产品如图4，均为粉末，无法成片。
实施例3
电流密度300A/㎡，电解液温度40℃，同极10mm，电解周期2h，电解液含20g/L ZnO，NaOH6mol/L，不锈钢作为阳极，钛片作为阴极，电解时的搅拌速度为70r/min。溶液中加入明胶0.3g/L、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）0.6g/L、硫酸铅0.3g/L、二季戊四醇（DPE）0.5g/L组成的联合添加剂，可得到片状金属锌，电流效率为99.6%。所得产品图如图5，所得产品光滑平整，呈片状。

Claims (6)

1.一种在碱性介质中电沉积片状锌的方法，其特征在于，具体步骤如下：
首先配制含锌强碱溶液，该溶液中含ZnO 1-30g/L，强碱50-250g/L和联合添加剂；其中：强碱选自NaOH或KOH中的一种或两种，联合添加剂由明胶、乙二胺四乙酸二钠盐EDTA-2Na、二季戊四醇DPE和添加剂A组成，添加剂A选自氧化铅、硫酸铅或者碳酸铅的任意一种或者几种；含锌强碱溶液中，明胶0.1-10g/L，乙二胺四乙酸二钠盐EDTA-2Na 0.1-10g/L，二季戊四醇DPE0.1-10g/L，添加剂A 0.1-10g/L；
然后以不锈钢板为阳极、钛片为阴极，极板间距为0.1-5cm，电流密度为100-1000A/m2，利用机械搅拌搅动溶液形成液流促进锌的电沉积，转速为50-150r/min，在10-100℃的温度下电解1-180min后，停止电解，即得到片状锌，用水清洗至洗水pH为中性后保存。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含锌强碱溶液中含ZnO 20-30g/L, 强碱200-240g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含锌强碱溶液中，明胶0.2-0.3g/L，乙二胺四乙酸二钠盐EDTA-2Na 0.4-0.6g/L，二季戊四醇DPE0.4-0.7g/L，添加剂A 0.1-0.3g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电流密度为300~600 A/m2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转速为50-100r/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电解温度为30-40℃，电解时间为60~120min。
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