铜基多元合金的处理(Ⅱ)--连续电解实验研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 1 9 铜基多元合金的处理 Ⅱ 连续电解实验研究 李林波1 ，洪涛1 ，一，王玉芳3 1 ．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安7 1 0 0 5 5 ；2 ．中科院过程工程所，北京1 0 0 0 8 0 ； 3 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要针对C u - Z n - S n P 四元合金网废料，采用连续电解的方式研究了采用电化学溶解电解沉积的 工艺；研究表明可以有效提取出铜组分。 关键词C u Z n ．S n - P 四元合金；组分分离；电解 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 5 0 5 ～0 0 1 9 0 2 D i s p o s a lo fC o p p e r - b a s eA l l o y Ⅱ R e s e a r c ho nA l l o yE l e c t r o l y s i s L IL i n b 0 1 ，H O N GT a 0 1 ，一，W A N GY u f a n 9 3 1 ．S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ，X i ’a nU n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y ，X i ’a n7 1 0 0 5 5 ，C h i n a ； 2 ．I n s t i t u t eo fP r o c e s sE n g i n e e r i n g ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 0 ，C h i n a ； 3 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t F o rt h eC u Z n S n Pa l l o yg r i d ，t h ee l e c t r o l y s i sw a ss t u d i e d ．T h i sr e s e a r c hi n d i c a t e st h a tt h ee l e c t r o c h e m i c a ld i s s o l v e ．e l e c t r o d e p o s i tp r o c e s sc a ns e p a r a t et h ec o p p e rf r o mc o p p e r b a s ea l l o yg r i d ． K e y w o r d s C u Z n S n Pa l l o y ；S e p a r a t i o no fc o m p o n e n t ；E l e c t r o l y s i s 在前期研究中，针对C u Z n S n P 四元合金的分 离，提出了电化学溶解一电沉积的分离研究，对其工 艺的可行性进行了初步研究。针对连续电解过程中 可能出现的问题，我们又进行了长时间连续电解研 究。 1实验研究 实验采用E D T A 法测定溶液中的C u 2 、Z n 2 浓度，采用2 ．5 L 玻璃电解槽和钛筐装载多元合金 为阳极进行电解实验。 2 结果与讨论 2 ．1 电解液成分和电解条件的影响 C u 。Z n S n ．P 四元合金中的各负电性金属在电 解中积累在电解液中，消耗硫酸、增加溶液黏度、密 度，进而增加溶液电阻；因此实验采用B r o o k f i e l d 公 作者简介李林波 1 9 7 3 一 ，男，讲师，在读博士 司的D X 一1 I 型表面张力仪对电解质的密度、黏度 进行了测量，结果见图1 ～2 。 f E ≤ 差 古 1 02 03 J 4 05 06 07 0 C o n c e n t r a t i o no fz i n c ／ g L 一。 图1电解液组成对溶液密度的影响 F i g ．1 T h ee f f e c to fs o l u t i o nc o m p o n e n t s o ns o l u t i o nd e n s i t y 由图1 ～2 可知，随着溶液中各组分含量的增 加，电解液的密度和黏度不断增加；且温度对密度和 黜拍斟盟舯培№M坦Ⅲ嘴 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 ll儿J2 U 3 04 ．0 5 0 6 0／t C o n c e n t r a t i o no fz i n c ／ g L 一1 1 图2电解液组成对溶液黏度的影响 F i g ．2 T h ee f f e c to fs o l u t i o nc o m p o n e n t s o ns o l u t i o nv i s c o s i t y 黏度的影响很大；同时，锌浓度上升引起的密度和黏 度的增加远高于其他组分变化的影响，因此应适当 控制电解液中的锌浓度，应使溶液中锌的浓度低于 6 0 9 ／L 。 2 ．2 连续电解过程中的各因素变化 2 ．2 ．1 槽电压变化 槽电压变化如图3 所示，在连续电解条件下，电 解电压成不规律的变化；这是由于合金网经一段时 间的电解，网与网之间导电性降低，加之阳极面积减 少电流密度升高，导致槽电压升高，但经过人工压实 之后该现象消失。由此可见，连续电解过程中，应以 5 ～6 h 为时间间隔，调整阳极筐中的装料量和装料 密度。 05l 1 52 1 J2 53 03 5 小 4 55 05 5 6 0 时问，1 1 图3电解时间对槽电压的影响 F i g ．3 T h ee f f e c to ft i m eo ne l e c t r o l y z ev o l t a g e 2 ．2 ．2 锌对电解条件的影响 锌对电解条件的影响见图4 ～5 ，随着锌浓度的 增加，电解液密度直线上升，槽电压也较有规律地上 升；从上升绝对值来看幅度不大。但溶液中锌浓度 的上升会导致电节能耗过大，应控制在1 0 0 9 ／L 左 右。 2 ．2 ．3 阴极电流密度对槽电压的影响 阴极电流密度对槽电压的影响见图6 ，槽电压 C o n c e n t r a t i o no fz i n c ／ g L 一1 1 图4Z 9 2 浓度对溶液密度的影响 F i g ．4 T h ee f f e c to fZ n 2 c o n c e n t r a t i o n O i ls o l u t i o nd e n s i t y C o n c e n t r a t i o no fz i n c ／ g L 一‘ 图5Z n 2 浓度对槽电压的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fZ n 2 c o n c e n t r a t i o n o ne l e c t r o l y z ev o l t a g e 阴极电流密度／ A m 1 图6阴极电流密度对槽电压的影响 F i g ．6 T h ee f f e c to fc u r r e n td e n s i t yo fc a t h o d e o ne l e c t r o l y z ev o l t a g e 随阴极电流密度的增加而增加，从l O O A ／m 2 至4 0 0 A ／m 2 ，槽电压线性增加，并且增加缓慢；4 5 0A ／m 2 之后，槽压显著增加，并在阴极上有铜粉析出。因 此，在工业上，如果需要提高铜产量，并且不增加设 备，在保证产品质量的前提下，阴极电流密度可适当 提高。 下转2 4 页 8 6 4 2 O 8 6 4 2 l l l l l 0 O 0 O ∞硒观船钳们撕娩船斟舯 0 0 O 0 O 0 O O n n U 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 表1物料质量为1 0 0g 的M R t 曲线回归结果 T a b l e1R e s u l to ft h er e g r e s s i o nm o d e lo f M R 。’tc u r v eo f1 0 0gm a t e r i a l s 项目数据 C h i ‘2 ／D o F R 2 I n i t A 1 F i n a l A 2 X a t Y 5 0 t o W i d t h A t X a t Y 2 0 X a t Y 8 0 8 ．2 3 22 9 E 一5 0 ．9 9 91 7 1 ．1 3 780 ．0 2 07 0 ．1 1 03 20 ．0 1 37 i 0 0 ．6 41 ．6 5 4 4 ．9 4 42 ．1 1 3 8 ．3 3 90 3 1 6 2 ．9 4 96 2 对质量为5 0g 和2 0g 的闪锌矿分别进行微波 干燥，微波功率依然为7 0 0W 。参照上述模型进行 M R t 曲线回归，所得结果如表2 所示。 上述回归后R 2 值表明回归曲线与实测值相当 吻合。 3结论 1 微波干燥闪锌矿是可行的； 2 闪锌矿相对脱水率随着干燥时间的延长，微 波功率的增加而增加，随着物料质量的增加而降低； 通过分析可得微波干燥闪锌矿优化试验条件为物料 质量1 0 0 9 、干燥时间8 0 s 、微波功率7 0 0 W ，在此条件 下微波干燥闪锌矿的相对脱水率为2 6 ．0 6 ％； 表2 物料质量为5 0g 和2 0g 的M R t 曲线回归结果 T a b l e2R e s u l to ft h er e g r e s s i o nm o d e lo fM R tc u r v eo f5 0ga n d2 0gm a t e r i a l s 5 0g 回归方程有关系数2 0g 回归方程有关系数 Y A 2 A I A 2 ／[ 1 e x p t t o ／A t ] C h i ‘2 ／D o F0 ．0 0 02 8 R 20 ．9 9 74 9 A l1 ．1 4 75 70 0 4 15 8 A 20 ．0 9 68 10 ．0 2 84 1 钿 7 9 ．8 5 30 92 ．5 1 53 3 A t3 4 ．1 5 68 33 ．2 3 93 Y A 2 A I h 2 ／[ 1 e x p t t o ／A t ] 0 ．0 0 02 2 0 ．9 9 84 7 i ．1 1 42 30 ．0 3 98 8 0 ．0 1 060 ．0 5 72 6 6 0 ．7 1 42 21 ．9 0 88 2 2 1 ．7 0 56 32 ．6 2 13 4 3 微波干燥闪锌矿全过程可分为加速、恒速和 降速3 个阶段； 4 在本试验范围内，通过回归分析，微波干燥 闪锌矿数学模型采用B o h z m a n n 模型。 参考文献 [ 1 ] 魏昶，王吉坤．湿法炼锌理论与应用[ M ] ．云南科技出 版社，2 0 0 3 3 5 3 6 ． [ 2 ] 熊永森，王俊，王金双．微波干制南瓜片干燥规律及工 艺优化研究[ J ] ．农业工程学报，2 0 0 4 ，2 0 2 1 8 1 1 8 4 ． [ 3 ] 陈燕，陈羽白．龙眼微波干燥的试验研究[ J ] ．广西大学 学报，2 0 0 4 ，2 9 1 5 8 6 1 ． [ 4 ] 彭金辉，杨显万．微波能技术应用[ M ] ．昆明云南科技 出版社，1 9 9 7 8 1 1 1 3 ． [ 5 ] 王金成，熊力．微波在环境化学中的应用[ J ] 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