基于隔膜的铅电沉积及其机理研究

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铅作为一种工业与生活中常见的金属元素,在地壳中的储量较为丰富。我国铅矿产出一直位居世界前列,但铅资源回收率只能达到约30%,长期来看铅资源的可持续利用存在挑战。铅酸蓄电池行业作为铅资源消费的主力,是我国铅资源回收最重要的领域,火法回收铅酸蓄电池技术成熟但回收渠道尚不健全,大量废弃铅酸蓄电池流入非正规回收渠道造成资源与环境问题;湿法回收的设备要求低且具有灵活的优势,但是由于电解环节能耗、铅回收率、废液处理等环节存在技术缺陷一直未能得到广泛应用。
  本研究以甲基磺酸铅为电解液并在电解装置中引入离子交换膜,探究与优化电解操作参数,旨在改进现有湿法铅回收铅的电解工艺,使其灵活的优势得以发挥,帮助打破铅回收面临的困境,推进铅资源绿色可持续发展。研究主要围绕以下几点开展:
  (1)铅的湿法回收中电解精炼装置的开发与测试,本研究在传统的电解精炼铅装置中引入阴离子交换膜,既能避免铅在阳极的损耗又能在阳极室回收酸液,提高铅回收率并实现资源回用;
  (2)以隔膜电解精炼装置为基础,探究甲基磺酸铅浓度、电流密度与添加剂用量对于电沉积铅质量的影响总结最佳的实验操作条件;
  (3)结合铅晶体生长理论对实验现象作出分析与解释,从晶体生长决定条件角度讨论铅的沉积形貌,实现对实验结果的预测从而指导实际操作。
  研究发现甲基磺酸铅作为电解质具有溶解度大、环境友好的优势,乙酸丁酯作为电沉积添加剂对铅的电沉积具有良好的改善作用;通过实验探索发现,电解条件中控制甲基磺酸铅浓度为0.4mol·L-1,乙酸丁酯添加量为2.0g·L-1,电流密度为20mA·cm-2的实验条件可使铅的沉积质量最佳,并且能保证较高的电流效率与较低的质量比能耗。
  结合铅电沉积的理论分析发现,乙酸丁酯的加入对铅的电沉积行为会产生一定的影响,实验因素的调控对铅电沉积形貌的影响,其本质原因在于这些因素的改变能够改变铅沉积的过电位或阴极表面的扩散层状态。
  本文从实验现象与理论分析两个方面对铅的电沉积作出探讨,为电解精炼铅工艺的优化提供了参考。
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