熔鹽電解技術在鉛冶金中的應用

王智

摘? 要：熔鹽電解技術是在熔融的鹽和金屬中進行電化學過程。由于溫度高和沒有水分子的干擾，熔鹽電解過程比水溶液電解具有電導率高和電化學反應速度快的特點。本文對熔鹽電解技術在鉛冶金中的應用進行了一定的研究與分析，希望可以起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：熔鹽電解技術，鉛，冶金

引言：1807年熔鹽電解技術問世以來，廣泛應用于鋁鈉鎂等金屬的生產，以后又擴大到稀土和稀有金屬的生產。七十年代末開始重視熔鹽電解技術應用于冶煉或精煉易熔重金屬的研究工作，特別是鉛的冶煉和精煉。因此對熔鹽電解技術在鉛冶金中的應用進行一定的探討具有非常重要的意義。

一、熔鹽電解技術在鉛冶金中的現狀及方法

自20世紀70年代以來，熔鹽電解法精煉易熔重金屬的研究得到了廣泛開展。用于提煉粗鉛和分離鉛合金。技術上有兩種方法：一種是陽極法。熔融的粗金屬作為陽極，電解時低電極電位的雜質金屬進入熔鹽，然后沉積在陰極上。陽極被凈化;另一種是陰極法。用粗金屬作陰極時，電極電位高的雜質金屬與熔鹽中的堿金屬形成金屬化合物離子，然后沉積在陽極上，從而凈化陰極金屬。

許多國家，特別是蘇聯，對粗鉛精煉和鉛的粗合金分離做了大量工作。如西方鉛聯合制造業有限公司用陽極法精煉粗鉛，采用3200A容量的水平隔膜式電解槽試驗，氣化物熔鹽溫度650℃，槽電壓2.4V電流效率近100 %?？梢垣@得含銻0.001%%、銥0.0005%、鋼0.01%的陰極精鉛。蘇聯的德里馬爾斯基建議采用 PbCl一氯化鉀氯化鈉熔鹽精煉粗鉛，可以獲得陰極的標號電鉛。其技術指標為：溫度500℃、電流密度1.0A/cm電流效率98%左右，單位電耗1.6kW·h/kg鉛。

因為電流密度高達5000～10000 A/m2（水溶液電解為300～600A/m）且只有少量雜質金屬參與電化學反應，雖然槽電壓為4～8V（水溶液電解為0.3～0.6V）。與水相電解精煉相比，熔鹽電解精煉具有高效節能的明顯優勢。因此，冶金工作者對這項技術非常感興趣。許多國家，特別是蘇聯，在粗鉛精煉和粗鉛合金分離方面做了大量工作。如西部鉛聯合制造有限公司采用陽極法精煉粗鉛，采用容量為3200 A的臥式隔膜電解槽，熔融氯化物溫度為650℃，槽電壓為2.4V，電流效率接近100%?？色@得含0.001%金、0.0005%金和0.01%銅的陰極精煉鉛。蘇聯的德里馬爾建議用PbCI、-KCI-NaCI熔鹽精煉粗鉛，可得到陰極標記鉛。技術指標為：溫度500℃，電流密度1.0A/cm2，電流效率約98%，單位電耗1.6 kw h/kg鉛。

1.1電解共沉積法

電沉積法主要用于在金屬電極板上使兩種元素或含有兩種或兩種以上組分的金屬離子結合，在熔鹽體系中還原沉淀成金屬，其基本作用條件一般是兩種或兩種以上金屬離子之間的電沉積電位接近。這種合成方法也是目前最常見的合金材料制備方法。

1.2陰極合金化方法

在陰極合金化系統中，合金系統的合金成分分裂成陰極。熔鹽分子中的金屬離子快速擴散并遷移到陰極表面，金屬離子在陰極層上也發生快速放電反應。沉積的金屬原子擴散并遷移到合金陰極，形成合金固溶體或其它金屬有機化合物。這種加工方法由于更有利于形成微晶表面致密、表面網狀結構均勻的納米合金，獲得一些極其優異且廉價的高性能金屬材料，引起了國際人士的極大興趣。

1.3液體陰極法

液態金屬用作陰極， 另一種金屬的離子在熔鹽體系中在液態陰極上被還原成金屬，并與液態金屬形成合金。用液態陰極制備合金，可以降低金屬的活性，減少合金的污染和溶解損失，在較低的溫度下將高熔點金屬沉積在液態陰極上，形成較低熔點的合金。

二、熔鹽電解技術的發展前景

熔鹽電解技術在鉛的冶煉和精煉方面應用是有廣闊前途的。工藝技術上有許多優越性，主要困難在于電解槽的結構和材質。研究工作的重心應放在電解槽設備上。應用熔鹽電解法精煉鉛的粗合金于工業生產是比較現實的，它與現有的精煉方法比較，有明顯的高效節能、工序短、金屬直收率高和純度高、環保好、而且獲得熔融態金屬，可以直接鑄錠。蘇聯的Pb-Bi， Pb-In粗合金分離的工業生產實踐證明：熔鹽電解精煉技術在價值較高的金屬（In， Bi， Sn， Sb等）精煉上首先應用是一個方向。我國北京礦冶研究院、昆明冶金研究所等也曾研究過熔鹽電解法煉錦、錫、秘等工作，有的還做過擴大試驗、半工業試驗。技術指標也與國外的相似，主要困難也是設備問題。當前隨著廣西大廠和湖南柿竹園多金屬資源的大力開發，將會有大量的鋼、鏗、錫、錦粗金屬需要精煉，所以研究熔鹽電解精煉技術，使其實際應用于工業生產，對開發廣西大廠和湖南柿竹園資源有重大的現實意義。

三、熔鹽電解技術在鉛冶金生產中的應用

3.1與原件的差異

目前，國內鍍鋅電解陽極板生產加工中使用的鍍鋅合金板表面焊接均采用先將鍍鋅鉛銀合金方坯表面軋制焊接而成的導電梁，同時在焊接工具的孔縫中澆鑄鍍鋅銅棒夾層，然后將鍍鋅導電梁的數字梁焊接到鍍鋅電解陽極板的表面，因為鋅電解陽極板全自動整體鑄造生產線后有以下變化：1.通過整體焊接鑄造，不需要先鑄造導電梁再與合金板焊接。2.整體壓鑄造成的合金陽極板致密度很高。3.自動化控制程度越來越高，減少了軋制合金板、鑄造導電板梁、焊接板梁的工序。

3.2優勢

1.現有電解鋅卷陽極板仍存在一些斷裂缺陷。密度強度太低，容易造成彎曲或扭曲，甚至斷裂，導致鋅電解后電解生產運行時陽極彎曲和電流與陰極板面短路，增加了鋅電解的能耗和電解生產運行設備的電耗。陽極板本身由于這些斷裂或缺陷以及長時間變形而大大降低，受影響的使用壽命平均為1.5。合金澆鑄法生產的陽極板殺傷力更強，不易變形或彎曲變形甚至斷裂，使用壽命一般在7萬小時至8年左右。2.現有的合金板與銅排導電梁采用焊接的方式連接，梁與合金板的連接處容易老化、脫落、分離，使用壽命短。目前銅排和合金板的導電梁和導電板都是一體鑄造工藝，不易脫落或分離。3.自動化程度相對較高，減少了傳統的軋制導電合金板、鑄造導電金屬梁、焊接復合板、焊接梁板等復雜工序，平均每班減少3-4名焊接操作人員。

3.3內容

鋅電解陽極板整體澆鑄生產線主要由熔化爐、澆鑄機、整體澆鑄機、自動輸送機、剪板機、沖床、DCS控制系統、模具冷卻系統、除塵系統等組成。將鉛錠和銀粉按比例加入熔化爐中熔化，然后用泵輸送到供液池。熔融合金被澆鑄機鏟起并澆鑄到與梁和板集成的接觸工具中。在引入液體之前，預先將導電銅棒放置在觸摸工具陽極梁的中心，觸摸工具的垂直方向形成15°的夾角。當引入熔融合金時，接觸工具傾斜成垂直狀態（在傾斜過程中，接觸工具中的氣體被排出）。鑄造的陽極板通過自動輸送機。

四、結束語

綜上所述，雖然我國熔鹽電解技術取得了一定的突破，并且隨著我國科技的發展和經濟水平的提高，在冶煉過程中還存在一些問題，需要引起我國相關領域的高度重視，以促進熔鹽電解技術在鉛冶金中的快速發展。

參考文獻

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