熔盐电解技术在铅冶金中的应用

王智

摘  要：熔盐电解技术是在熔融的盐和金属中进行电化学过程。由于温度高和没有水分子的干扰，熔盐电解过程比水溶液电解具有电导率高和电化学反应速度快的特点。本文对熔盐电解技术在铅冶金中的应用进行了一定的研究与分析，希望可以起到一定的借鉴作用。

关键词：熔盐电解技术，铅，冶金

引言：1807年熔盐电解技术问世以来，广泛应用于铝钠镁等金属的生产，以后又扩大到稀土和稀有金属的生产。七十年代末开始重视熔盐电解技术应用于冶炼或精炼易熔重金属的研究工作，特别是铅的冶炼和精炼。因此对熔盐电解技术在铅冶金中的应用进行一定的探讨具有非常重要的意义。

一、熔盐电解技术在铅冶金中的现状及方法

自20世纪70年代以来，熔盐电解法精炼易熔重金属的研究得到了广泛开展。用于提炼粗铅和分离铅合金。技术上有两种方法：一种是阳极法。熔融的粗金属作为阳极，电解时低电极电位的杂质金属进入熔盐，然后沉积在阴极上。阳极被净化;另一种是阴极法。用粗金属作阴极时，电极电位高的杂质金属与熔盐中的碱金属形成金属化合物离子，然后沉积在阳极上，从而净化阴极金属。

许多国家，特别是苏联，对粗铅精炼和铅的粗合金分离做了大量工作。如西方铅联合制造业有限公司用阳极法精炼粗铅，采用3200A容量的水平隔膜式电解槽试验，氣化物熔盐温度650℃，槽电压2.4V电流效率近100 %。可以获得含锑0.001%%、铱0.0005%、钢0.01%的阴极精铅。苏联的德里马尔斯基建议采用 PbCl一氯化钾氯化钠熔盐精炼粗铅，可以获得阴极的标号电铅。其技术指标为：温度500℃、电流密度1.0A/cm电流效率98%左右，单位电耗1.6kW·h/kg铅。

因为电流密度高达5000～10000 A/m2（水溶液电解为300～600A/m）且只有少量杂质金属参与电化学反应，虽然槽电压为4～8V（水溶液电解为0.3～0.6V）。与水相电解精炼相比，熔盐电解精炼具有高效节能的明显优势。因此，冶金工作者对这项技术非常感兴趣。许多国家，特别是苏联，在粗铅精炼和粗铅合金分离方面做了大量工作。如西部铅联合制造有限公司采用阳极法精炼粗铅，采用容量为3200 A的卧式隔膜电解槽，熔融氯化物温度为650℃，槽电压为2.4V，电流效率接近100%。可获得含0.001%金、0.0005%金和0.01%铜的阴极精炼铅。苏联的德里马尔建议用PbCI、-KCI-NaCI熔盐精炼粗铅，可得到阴极标记铅。技术指标为：温度500℃，电流密度1.0A/cm2，电流效率约98%，单位电耗1.6 kw h/kg铅。

1.1电解共沉积法

电沉积法主要用于在金属电极板上使两种元素或含有两种或两种以上组分的金属离子结合，在熔盐体系中还原沉淀成金属，其基本作用条件一般是两种或两种以上金属离子之间的电沉积电位接近。这种合成方法也是目前最常见的合金材料制备方法。

1.2阴极合金化方法

在阴极合金化系统中，合金系统的合金成分分裂成阴极。熔盐分子中的金属离子快速扩散并迁移到阴极表面，金属离子在阴极层上也发生快速放电反应。沉积的金属原子扩散并迁移到合金阴极，形成合金固溶体或其它金属有机化合物。这种加工方法由于更有利于形成微晶表面致密、表面网状结构均匀的纳米合金，获得一些极其优异且廉价的高性能金属材料，引起了国际人士的极大兴趣。

1.3液体阴极法

液态金属用作阴极， 另一种金属的离子在熔盐体系中在液态阴极上被还原成金属，并与液态金属形成合金。用液态阴极制备合金，可以降低金属的活性，减少合金的污染和溶解损失，在较低的温度下将高熔点金属沉积在液态阴极上，形成较低熔点的合金。

二、熔盐电解技术的发展前景

熔盐电解技术在铅的冶炼和精炼方面应用是有广阔前途的。工艺技术上有许多优越性，主要困难在于电解槽的结构和材质。研究工作的重心应放在电解槽设备上。应用熔盐电解法精炼铅的粗合金于工业生产是比较现实的，它与现有的精炼方法比较，有明显的高效节能、工序短、金属直收率高和纯度高、环保好、而且获得熔融态金属，可以直接铸锭。苏联的Pb-Bi， Pb-In粗合金分离的工业生产实践证明：熔盐电解精炼技术在价值较高的金属（In， Bi， Sn， Sb等）精炼上首先应用是一个方向。我国北京矿冶研究院、昆明冶金研究所等也曾研究过熔盐电解法炼锦、锡、秘等工作，有的还做过扩大试验、半工业试验。技术指标也与国外的相似，主要困难也是设备问题。当前随着广西大厂和湖南柿竹园多金属资源的大力开发，将会有大量的鋼、铿、锡、锦粗金属需要精炼，所以研究熔盐电解精炼技术，使其实际应用于工业生产，对开发广西大厂和湖南柿竹园资源有重大的现实意义。

三、熔盐电解技术在铅冶金生产中的应用

3.1与原件的差异

目前，国内镀锌电解阳极板生产加工中使用的镀锌合金板表面焊接均采用先将镀锌铅银合金方坯表面轧制焊接而成的导电梁，同时在焊接工具的孔缝中浇铸镀锌铜棒夹层，然后将镀锌导电梁的数字梁焊接到镀锌电解阳极板的表面，因为锌电解阳极板全自动整体铸造生产线后有以下变化：1.通过整体焊接铸造，不需要先铸造导电梁再与合金板焊接。2.整体压铸造成的合金阳极板致密度很高。3.自动化控制程度越来越高，减少了轧制合金板、铸造导电板梁、焊接板梁的工序。

3.2优势

1.现有电解锌卷阳极板仍存在一些断裂缺陷。密度强度太低，容易造成弯曲或扭曲，甚至断裂，导致锌电解后电解生产运行时阳极弯曲和电流与阴极板面短路，增加了锌电解的能耗和电解生产运行设备的电耗。阳极板本身由于这些断裂或缺陷以及长时间变形而大大降低，受影响的使用寿命平均为1.5。合金浇铸法生产的阳极板杀伤力更强，不易变形或弯曲变形甚至断裂，使用寿命一般在7万小时至8年左右。2.现有的合金板与铜排导电梁采用焊接的方式连接，梁与合金板的连接处容易老化、脱落、分离，使用寿命短。目前铜排和合金板的导电梁和导电板都是一体铸造工艺，不易脱落或分离。3.自动化程度相对较高，减少了传统的轧制导电合金板、铸造导电金属梁、焊接复合板、焊接梁板等复杂工序，平均每班减少3-4名焊接操作人员。

3.3内容

锌电解阳极板整体浇铸生产线主要由熔化炉、浇铸机、整体浇铸机、自动输送机、剪板机、冲床、DCS控制系统、模具冷却系统、除尘系统等组成。将铅锭和银粉按比例加入熔化炉中熔化，然后用泵输送到供液池。熔融合金被浇铸机铲起并浇铸到与梁和板集成的接触工具中。在引入液体之前，预先将导电铜棒放置在触摸工具阳极梁的中心，触摸工具的垂直方向形成15°的夹角。当引入熔融合金时，接触工具倾斜成垂直状态（在倾斜过程中，接触工具中的气体被排出）。铸造的阳极板通过自动输送机。

四、结束语

综上所述，虽然我国熔盐电解技术取得了一定的突破，并且随着我国科技的发展和经济水平的提高，在冶炼过程中还存在一些问题，需要引起我国相关领域的高度重视，以促进熔盐电解技术在铅冶金中的快速发展。

参考文献

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