鉛電解液硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛工藝探索實(shí)踐

張旭明（祥云飛龍?jiān)偕萍脊煞萦邢薰荆颇舷樵?672100）

鉛電解液硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛工藝探索實(shí)踐

張旭明
（祥云飛龍?jiān)偕萍脊煞萦邢薰荆颇舷樵?672100）

鉛電解生產(chǎn)過程中，電解液中的鉛離子濃度過高或者過低，都會(huì)對(duì)電解的電耗或者電流效率產(chǎn)生直接的影響，需要穩(wěn)定控制。文章介紹了當(dāng)鉛電解液中含鉛離子過高而影響正常生產(chǎn)時(shí)，采用硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛的方法，脫鉛效率高，提高電流效率的效果明顯。

鉛電解；氟硅酸；硫酸；硫酸鉛；電流效率

祥云飛龍?jiān)偕萍脊煞萦邢薰灸戤a(chǎn)精鉛6.5萬(wàn)t能力的電鉛廠（簡(jiǎn)稱“飛龍電鉛”），因?yàn)殂U電解生產(chǎn)的特殊性導(dǎo)致了氟硅酸－氟硅酸鉛電解液體系中鉛離子濃度已經(jīng)達(dá)到190 g／L以上，已經(jīng)開始影響電流效率和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。按照飛龍電鉛生產(chǎn)系統(tǒng)鉛電解液600 m3的總體積計(jì)算，積存在電解液中的鉛量達(dá)到了110 t以上，比正常控制量多了40～50 t，為此，公司做了兩次槽電壓（電阻）測(cè)定試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)都是在鉛電解直流電源恒定電流的情況下進(jìn)行的，從兩次槽電壓的測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果分析：電解液鉛離子濃度的高低，直接影響著電解過程槽電壓的變化，直接影響鉛電解的電流效率，所以必須采取有效措施盡快降低電解液含鉛量。

1 工藝探索

在鉛冶煉高電流密度電解連續(xù)生產(chǎn)實(shí)際中，氟硅酸鉛電解液脫鉛的方法通常采用不溶陽(yáng)極（石墨板做陽(yáng)極）脫鉛、電解液開路硫酸脫鉛和硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛三種方法。

采用不溶陽(yáng)極脫鉛不僅可以將電解液中鉛離子濃度降下來，而且隨著脫鉛過程的進(jìn)行，電解液中其它雜質(zhì)也會(huì)隨之降低，達(dá)到凈化電解液的效果，這種方法既操作簡(jiǎn)單，而且效果理想，過去被國(guó)內(nèi)外精鉛生產(chǎn)廠家普遍采用。

采用鉛電解液開路硫酸脫鉛的原理是：將硫酸加入到開路的氟硅酸鉛電解液中，與鉛離子在貯液槽（脫鉛槽）中反應(yīng)生成硫酸鉛：

同時(shí)在貯液槽（脫鉛槽）中沉淀，從而實(shí)現(xiàn)降低電解液中鉛離子濃度的目的。

但是，前兩種方法都會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)的電解槽的占用及鉛電解液體積平衡提出要求，從而會(huì)影響正常生產(chǎn)。采用硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛則不影響鉛電解的正常生產(chǎn)，但是工藝技術(shù)條件控制要求很高，操作要求精細(xì)化。

2 工藝選擇論證

采用硫酸脫鉛又可以采用兩種方式：一是硫酸靜態(tài)（開路）脫鉛，即將鉛電解液分離出一部分到脫鉛槽，按照需要脫除鉛離子的多少，加入一定量的硫酸，沉淀分離后，倒酸清槽，重復(fù)進(jìn)行；這種方式在國(guó)內(nèi)外各鉛廠中較多使用。二是硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛，是在正常鉛電解生產(chǎn)的同時(shí)，開一個(gè)與原來的電解液循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)的“子循環(huán)路”（或叫電解液開路），在子循環(huán)系統(tǒng)中采用大的貯液槽，槽間設(shè)置多道過濾布隔斷，用作硫酸鉛的生成、沉淀，同時(shí)可進(jìn)行硫酸鉛與鉛電解液的分離；這種方式操作要求較高，工藝控制較復(fù)雜，生產(chǎn)安全要求嚴(yán)，幾乎很少使用。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)情況，決定使用硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛方式。

理論上講，生成的硫酸鉛沉淀易于從電解液中分離，但是在脫鉛工藝實(shí)際操作中，由于化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物硫酸鉛粒度較小，且處于動(dòng)態(tài)，加上氟硅酸鉛電解液的密度、粘度性質(zhì)，實(shí)際上硫酸鉛分離、沉淀過程不易控制，這就需要通過控制電解液開路循環(huán)流量，使得沉淀速度與循環(huán)速度相匹配，確保硫酸鉛、硫酸不進(jìn)入電解液主循環(huán)系統(tǒng)。

硫酸脫鉛工藝流程如圖1所示。

圖1 鉛電解液硫酸脫鉛工藝流程圖

3 工藝計(jì)算

鉛冶煉氟硅酸鉛電解液因?yàn)殂U離子濃度過高（190 g／L以上），采用98%的濃硫酸脫鉛。根據(jù)硫酸脫鉛的反應(yīng)方程式：

Pb2＋＋H2SO4＝PbSO4↓＋2H＋

Pb2＋的摩爾質(zhì)量數(shù)207、硫酸的摩爾質(zhì)量數(shù)98、硫酸鉛的摩爾質(zhì)量數(shù)303。

3.1 重量平衡計(jì)算

（表3）說明了從4.5km遠(yuǎn)的地方來辨認(rèn)各種顏色的光所需要的亮度。從表中可以發(fā)現(xiàn)在任何氣候或者時(shí)間段，辨認(rèn)紅色光的所需要的照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其余的各種顏色，表面了各個(gè)環(huán)境中，紅色光都擁有了極佳的視認(rèn)性。

處理（沉淀）1 000 kg鉛離子需要使用98%的硫酸重量計(jì)算：

1 000×98／（207×0.98）＝483 kg

根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)鉛電解液的總體積600 m3、鉛電解液含鉛190 g／L以及脫鉛后的電解液含鉛110 g／L的目標(biāo)值計(jì)算，其中脫鉛總量計(jì)算：

W總Pb＝600 m3×（190－110）kg／m3＝48 000 kg

即需要脫除48 t鉛。

濃硫酸使用總量計(jì)算：

W總H2SO4＝48 t×483 kg／t＝23 184 kg即需要耗用23.184 t硫酸。

3.2 體積平衡計(jì)算

23.184 t硫酸的總體積計(jì)算：

V總H2SO4＝23 184／1 840＝12.6 m3

硫酸加入的體積比例計(jì)算：

按照鉛電解液進(jìn)入脫鉛槽，槽的開路循環(huán)速度為30 L／min，每分鐘鉛離子的帶入總量計(jì)算：

30×190＝5 700 g

使用硫酸最大量為：5 700×483／1 000＝2 753.1 g

每分鐘加入硫酸的最大體積：

2 753.1／1 840＝1.527 L

濃硫酸最大加入體積∶電解液循環(huán)量體積＝1.527∶30≈1∶20

這是完全沉鉛的硫酸的最大流量比。

為了讓190 g／L的鉛離子下降100 g／L，使沉鉛后的上清液含鉛控制在90 g／L以上，采用穩(wěn)定除鉛不影響鉛電解正常生產(chǎn)，則硫酸的最大加入比例為1∶38；硫酸脫鉛工藝實(shí)際操作中，濃硫酸的最大加入量按照鉛電解液進(jìn)入貯液槽循環(huán)量的1∶40。

4 工藝控制

脫鉛目標(biāo)是要使鉛電解液中鉛離子濃度降到90～110 g／L。按照鉛電解液從循環(huán)供液溜槽進(jìn)入脫鉛（貯液）槽的速度是每分鐘60 L，前期因?yàn)橘A液槽中已經(jīng)先注滿鉛電解液（約100 m3），每分鐘注入硫酸1.5～2.0 L沒有問題，即使有過量的硫酸也不會(huì)進(jìn)入低位槽，但是后期每分鐘注入2 L的硫酸，則有可能會(huì)造成過量的硫酸進(jìn)入低位槽循環(huán)，生成的硫酸鉛不會(huì)在低位槽或者循環(huán)供液溜槽中沉淀，而是會(huì)被帶到電解槽中，污染電解槽。當(dāng)硫酸脫鉛用量達(dá)到6.5 t以后，硫酸的加入速度必須控制在每分鐘1 L以下，并且必須隨著脫酸時(shí)間的進(jìn)行逐步減少加入流量，并每天對(duì)脫鉛后上清電解液進(jìn)行化驗(yàn)，隨時(shí)調(diào)整工藝方案。

如果鉛電解液從循環(huán)供液溜槽進(jìn)入脫鉛（貯液）槽的流量不是每分鐘60 L，而是更大，則可按照這個(gè)比例加大硫酸兌入量，加快脫鉛進(jìn)度，減少脫鉛時(shí)間。但是必須加隔五道嚴(yán)實(shí)的過濾布，防止硫酸鉛和硫酸根離子進(jìn)入主循環(huán)系統(tǒng)。在實(shí)際工藝操作中同樣必須每天化驗(yàn)上清電解液，并根據(jù)硫酸鉛的沉淀速度來調(diào)節(jié)電解液進(jìn)入脫鉛（貯液）槽的流量，同時(shí)調(diào)節(jié)硫酸加入速度，出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止兌酸，做好應(yīng)急處理。

5 試驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)際消耗24 t硫酸后，電解液含鉛降至了108 g／L，電流效率提高到95%以上，電耗112 kWh／t析鉛。

在不影響鉛電解高電流密度生產(chǎn)的情況下，采用硫酸動(dòng)態(tài)脫鉛可以達(dá)到理想的效果。

參考文獻(xiàn)：

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A Practical Exploration on the Technique of Dynam ic Lead Removal Using Sulfuric Acid in Lead Electrolyte

ZHANG Xu-ming
（Xiangyun Feilong Co．，Ltd．，Xiangyun 672100，China）

In the production process of electrolytic lead，the power consumption and the current efficiency can decline substantially if the concentration of lead（Pb）ions in the lead（Pb）electrolyte is excessively high or low.Therefore，in order to ensure the production efficiency，the concentration of lead（Pb）should be controlled in a proper level.This paper introduced the technique to apply sulfuric acid to the dynamic removal of lead（Pb）when the concentration of lead（Pb）ions is excessively high.With the superiorities of improvements on lead（Pb）removal efficiency and current efficiency，thismethod guarantees considerable economic benefits and achieves excellent productquality.

lead electrolysis；fluorine acid；sulphuric acid；lead sulfate；current efficiency

TF802＋.4

A

1003－5540（2016）02－0049－03

2016－01－11

張旭明（1963－），男，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，主要從事冶煉技術(shù)工作。