Page 138 - 《精细化工》2023年第2期

·360· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

2+
2+
2+
的 Cu 时，随着 Cu 质量浓度的升高，电极表面的 时，Cu 的质量浓度即可降至 0.2 mg/L，但当反应
2+
电流上升，铅成核的时间延长，表明在该质量浓度 时间>50 min 时，溶液中 Cu 质量浓度反而略微增
2+
范围内，Cu 的加入促进了铅在电极表面的析出。 加，这可能是因为被置换出来的铜在搅拌过程中被
2
图 5c 为对应图 5a 的无因次(I/I m ) -t/t m 图。由图 5c 氧化，然后与酸反应重新进入到溶液中，铜的这种
2+
可知，随着 Cu 质量浓度从 0 mg/L 升高至 20 mg/L， 氧化-反溶现象降低了铅粉的利用率。
铅成核的方式由瞬时成核逐渐向连续成核转变，当 除此之外，搅拌法还存在搅拌过程中铅粉团聚
2+
加入的 Cu 质量浓度为 20 mg/L 时，成核曲线偏离 板结的缺点 [28] 。图 7 为搅拌除杂过程中不同目数铅
2+
较大。由此可以推测，可能是由于 Cu 的加入改变 粉的团聚照片。由图 7 可知，铅粉的团聚程度随着
了铅沉积的成核机理，从而改变了铅的还原电位。 铅粉目数增加（粒径减小）而增大，当使用 150 目
2.3 甲磺酸铅电解液的净化除铜 的铅粉进行铜杂质净化时，铅粉在烧杯底部结成板
2.3.1 传统搅拌法除铜工艺的探究
状，大大降低了铅粉的有效面积。当铅粉目数为 300
传统的搅拌式铅粉置换除铜工艺由于具有装置
目时，铅粉团聚现象加重，溶液中的铅粉团聚为铅
简单、容易操作等优点最先被研究。图 6 为铅粉添
粒，有效面积进一步降低。
加量（反应时间为 60 min、搅拌速度为 300 r/min）
和反应时间（铅粉添加量为 6 g/L，搅拌速度为
300 r/min）对搅拌法除铜效果的影响。

a—150 目；b—300 目
图 7 搅拌过程中不同目数铅粉的团聚照片
Fig. 7 Pictures of lead powder during stirring process

总之，从对搅拌法的探究中可以看到，铅粉在
溶液搅拌过程中容易出现团聚现象，且铜的反溶现
象较为明显，导致铅粉利用率大大降低。因此，尝
试采用流柱式铅粉置换除铜的方法去除甲磺酸铅电
解液中的铜杂质。由于流柱中的液体还具有液封的
作用，流态化净化装置可以减少铅粉和新置换出的
铜与空气的接触机会，缓解了铜的氧化-反溶问题，
提高了铅粉利用率 [29-30] 。该方法除杂速率快、除杂
装置简单，在工业上较易实现。
2.3.2 铅粉粒径对净化除铜效果的影响
图 6 铅粉添加量（a）和反应时间（b）对除铜效果的影响
2+
Fig. 6 Effects of addition amount of lead powder (a) and 在填充高度 0.8 cm、Cu 质量浓度 5 mg/L、流
reaction time (b) on copper removal effect 速 9 m/h、温度 20 ℃条件下，考察了铅粉粒径对铜

由图 6a 可知，随着铅粉添加量的增加，电解液 杂质净化效果的影响，结果见图 8。
2+
中 Cu 质量浓度呈下降趋势，当铅粉添加量增加为 由图 8 可知，随着铅粉目数提高，铅粉粒径下
2+
6 g/L 时，电解液中 Cu 的质量浓度可降至 0.3 mg/L， 降，单位质量铅粉的铜处理能力逐渐增大，当铅粉
但此时处理铜杂质所需的铅粉添加量是理论添加量 目数为 100~150 目时，每克铅粉可以处理铜的量为 21
的 371 倍。可以看出，由于甲磺酸铅电解液中 Cu 2+ mg，按照该趋势，当铅粉目数 180~200 目时，铅粉
质量浓度极低，要达到理想的除杂效果需要消耗大 处理铜的能力会更高。但从图 8 还可以看出，随着
量的铅粉，而如果按照理论添加量进行加料，液固 铅粉目数的增加，流柱中容许的最大体积流量逐渐
比（指溶液体积与铅粉质量比）极低、铅粉与溶液 降低，180~200 目粒径区间的铅粉在填充进流柱后
2+
中 Cu 接触机会少等因素导致除杂时间过长，增加 流量几乎为 0，导致铅粉除铜装置的时空产率大大
工业生产成本。由图 6b 可知，当反应时间为 20 min 降低。这主要因为流柱中铅粉粒径为 180~200 目时，