抑制碲電解過程中陰極板粒子生長的探討

祝仕清，孫文達，劉 宏

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424 ）

抑制碲電解過程中陰極板粒子生長的探討

祝仕清，孫文達，劉 宏

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424 ）

精碲生產中由于某些因素的影響，電解過程中發生副反應使陽極產生陽極泥、陰極板上出現粒子。為了優化電解過程、抑制陰極板上粒子的生長，進行了一系列的探索實驗，考查了還原劑、電解質組分、溫度和陽極板結構對于電解過程的影響。結果表明調節合適溫度和改變陽極板結構都能夠較有效地抑制陰極板上粒子的生長。

電解；碲陽極泥；添加劑；粒子；溫度；碲；陽極板

1 引言

碲是一種稀散金屬，在20世紀90年代以前普遍認為在自然界中通常伴生于硫化銅礦或硫化鉛礦中，近年來國內外一系列重要的碲化物型金銀礦床的發現和地質勘查研究表明: 分散元素碲的地球化學性狀遠比傳統認識的要活躍得多，它可以大規模富集、礦化形成具有經濟價值的獨立礦床或工業礦體［1］。目前碲的主要來源還是重金屬冶煉過程中產出的銅陽極泥、鉛鉍冶煉的堿性浮渣及煙道灰，據文獻報道90%碲是從這些原料中回收提取的，由于原料碲品位的不同，其分離工藝也有所區別。

貴溪冶煉廠精碲生產采用常壓堿浸工藝［2］，生產工藝包括浸出、凈化、中和、煅燒、電積、煮洗、澆鑄等工序。生產過程中通過浸出、凈化、中和、煅燒除去含碲原料中的大部分雜質，保證電解前電解液中含碲量和雜質含量達到工藝要求，精碲電解過程利用碲與其它雜質離子在堿性溶液中電勢電位的不同，通過施加一定的電壓和電流密度實現碲與其它雜質分離，使碲在陰極發生還原反應以單質析出。主要電極反應如下：

2 現狀與分析

電解是精碲生產工藝中一個關鍵環節，電解過程的控制是否規范直接關系到產品質量和能源消耗，通常影響精碲電解的因素包括：電流密度、槽電壓、電解液成分、電解液溫度、電極材料等［3］。生產過程發現，碲電解過程中陽極板上會出現大量陽極泥，陰極板長粒子（如圖1），對于陰極上形成的粒子如果長時間不進行清理會包覆在析出碲中，粒子清理工作不僅工作量大還容易影響最終產品質量。通過對產生的陽極泥和粒子進行化驗分析發現其主要成分是六價碲酸鹽，是由于在電解過程中發生的副反應而形成的產物，反應如下：

圖1　電解過程中陰陽極板面情況

3 實驗方案與結果分析

3.1添加還原劑

通過分析，電解過程中陽極泥和粒子的產生是由于在陽極發生的副反應所致，使電解液中的四價碲氧化為六價碲，從而形成不溶的碲鹽析出。通過對碲陽極泥回收處理工藝的研究發現［4］，在堿性溶液中陽極泥可以與還原劑反應使六價碲鹽還原為可溶的四價碲。根據這一性質，探索了向電解液中添加還原劑來抑制陽極泥和粒子的生長。

實驗如下：

在保持電流密度及槽電壓等電解條件不變的情況下，向電解液中添加定量還原劑，觀察整個電解周期內陰陽極電解情況。實驗結果如下：

表1　添加劑對粒子生長情況的影響

由表1可以看出添加劑對粒子的生長具有較大影響，當將定量添加劑在電解前期一次性加入的時候粒子出現的時間與不加相比明顯推后，同時量也有所減少，如果將添加劑在整個電解周期內分批等量加入在整個電解周期內都沒有粒子產生。由此可以看出在電解過程中陽極的副反應產物確實能夠和添加劑反應，從而減少陰極板上粒子的析出。

3.2調節電解液組分

實驗如下：

在保證槽電壓和電流密度不變的條件下，改變電解新液與廢液的配比，通過補加蒸餾水和氫氧化鈉來調節電解液的堿度，考查改變電解液組分對陰極粒子生長情況的影響。實驗結果如下：

表2　電解質濃度對粒子生長情況的影響

通過觀察表2可以看出在改變電解液濃度和堿度的情況下，對電解過程中陰極板上粒子生長情況幾乎沒有影響。

3.3調節溫度

在電解過程中溫度對于電解質溶液的粘度、離子活度、溶解度都有較大影響。溫度升高，液體的粘度下降，對大多數物質而言溫度越高其在水溶液中的溶解度越大。溫度不僅影響上述的電解質性質，通過能斯特方程可知電解過程中電極電勢也與溫度有關。通過實驗探索了溫度這一重要因素對陰極板粒子生長情況的影響：

實驗如下：

在保持電流密度及槽電壓等電解條件不變的情況下，改變電解溫度觀察整個電解周期內陰陽極電解情況。實驗結果如下：

表3　溫度對粒子生長情況的影響

由表3可知，當電解溫度維持在30～37℃時，陰極板在整個電解周期內都沒有出現粒子，從電解前期開始電解液起泡（如圖2所示）。這是由于在電解過程中陽極產生氧氣，而氧氣不易溶于水，尤其是在低溫下 ，從電極上逃逸出去的速度很慢，同時隨著溫度的降低各種物質溶解度下降，最后導致在電極和電解液的界面上，形成氣泡簾［5-6］。由于這種氣泡簾的出現使得電解質溶液粘度增大，離子在溶液中的流動性能減弱，使電極表面離子濃度和主體溶液之間濃度差增大，使電解過程中出現濃差極化。濃差極化使得陽極副反應的電極電勢增大，電解過程中發生副反應的能力減弱。由于副反應的減弱，溶液粘度的增加，氧氣逃逸速度減慢使得從陽極夾帶副反應產物到陰極板上的過程受到抑制，最后避免了粒子的產生。

圖2　電解液起泡情況

實驗結果表面，陰極板上粒子總是在電解周期的中期產生，既當陽極板上出現陽極泥到完全被陽極泥覆蓋住的這段時間。由此可見粒子主要是由于陽極產生的氧氣溢出時夾帶副反應產物到陰極板所致。當控制溫度在37～40℃時，隨著溫度的升高氧氣逃逸速度增加，溶液流動性加大，濃差極化減弱，當控制電解液溫度保證電解液介于起泡溫度點時，在保證電解液不起泡的同時能夠有效的避免陰極板上粒子的出現。

3.4改變陽極板結構

通常電解過程中，電解質發生什么電極反應，陰陽極產生何種產物，不僅與電極之間的分解電壓有關還受電解質的本質、電極反應物濃度、電極材料、超電勢和電流密度的影響。通過實驗探索了在確保主反應條件不變的情況下，改變陽極板結構對陰極板粒子生長情況的影響。

改進如下：

將板式陽極板改成格柵式，以減少陽極板表面積，在保持陰極板電流密度不變的條件下，提高陽極電流密度。

圖3　改進前板式陽極板

圖4　改進后格柵式陽極板

表4　改進前后粒子生長情況

由表4可知，由于格柵式陽極板，極板表面積減少，電流密度升高，在電解過程中陽極板上產生的氧氣局部濃度增加，呈螺旋狀溢出速率加快，陽極副反應減弱，在電解周期內都沒有產生粒子。

4 結論

（1）通過探索實驗發現向電解液中添加定量添加劑能夠起到抑制陰極板上粒子生長的作用，但是需要分批對每槽電解液進行添加，工作量大、成本增加，在添加作業過程中容易影響產品質量。

（2）通過改變電解液組分和堿度對陰極板上粒子生長情況幾乎沒有影響。

（3）實驗發現在其他條件都不變的情況下，通過改變溫度對于抑制陰極板上粒子生長具有較好的效果，當電解溫度維持在40℃左右時不僅能夠避免電解液起泡還能較好的抑制陰極板上粒子的生長，但溫度控制不準容易發生電解液起泡。

（4）通過改變陽極板結構，減少了陽極副反應，不僅可以抑制陰極板上粒子的生長還能減少陽極泥的產量。

［1］胡智向， 朱劉， 王小峰. 碲的資源分布與工業應用［J］. 廣東化工，2014， 41（20）:76-78.

［2］劉德剛， 彭俊. 碲提取工藝的研究現狀［J］. 山西冶金， 2013（5）:1-3.

［3］王正烈. 物理化學［M］. 北京:高等教育出版社， 2001:40-45.

［4］祝仕清， 趙海濤. 碲陽極泥處理工藝的改進［J］. 銅業工程，2015（4）:75-77.

［5］郭鶴桐. 理論電化學［M］.北京:宇航出版社， 1984:11-25.

［6］日根文男.電解槽工學［M］. 安家駒， 等， 譯.北京:化學工業出版社，1985:114-132.

Inhibit the Growth of Electrolytic Cathode Plate Particle during Tellurium Electrode Process

ZHU Shi-qing， SUN Wen-da， LIU Hong
（Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

Due to some influenced factors in pure tellurium production， side reaction could generate anode slime， and some particles happened on the surface of cathode plate during electrode process. In order to optimize the electrolytic process， restrain the growth of particles on the cathode plate， a series of exploring experiments were implemented，examine electrolytic process influence caused by the reducing agent， electrolyte composition， temperature and anode plate structure. The results showed that appropriate temperature and change anode plate structure could effectively inhibit the particles growth on the cathode plate.

electrolytic；tellurium anode slime；additive；particles；temperature；tellurium；anode plate

TN304.1+4

A

1009-3842（2016）03-0073-03

2016-03-13

祝仕清（1989-），男，湖南岳陽人，本科，主要從事稀散金屬的研究與生產工作。E-mail: 709512631@qq.com