Page 140 - 《精细化工》2023年第2期

·362· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

速率的影响。 由图 12 可知，反应后铅粉的表面较原始铅粉表
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由图 11 可知，反应温度对铅粉置换 Cu 的反应 面粗糙度增加，这可能是由于置换后的铜附着在铅
速率有显著影响。随着温度的升高，溶液中铜含量 粉表面造成的。另外，50 ℃下得到的铅粉净化残渣
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（ρ/ρ 0 ，其中，ρ 0 和 ρ 分别为 Cu 的初始质量浓度 的形貌比 20 ℃下更加粗糙。这是因为，在较高温
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和反应后溶液中 Cu 的质量浓度）的下降速率（即 度下，铅粉置换铜的反应速率逐渐加快，导致新置
斜率）明显增加，说明升高温度可以提高铅粉置换 换出的铜无法与铅粉表面紧密贴合。铜的这种较为
松散的附着状态极易被水流冲刷剥落至铅粉间隙，
除铜的效率。同时还可以看出，在反应前 50 s，ρ/ρ 0
随温度的变化很小，这可能是因为铅粉表面的氧化 堵塞铅粉缝隙。表现在实际净化过程中则为流柱中
层阻止了铅粉表面与铜的接触。 液面不断升高，甚至发生溢柱的现象，因此，温度
是铅粉缝隙稳定性的重要影响因素。
2.3.6 除铜残渣分析
图 13 为除铜过程中产生的铅粉净化残渣的
Mapping 图及 EDS 图。

图 11 温度对铅粉置换除铜反应速率的影响
Fig. 11 Effect of temperature on reaction rate of lead powder
replacement copper

但值得注意的是，温度升高会导致狭窄的铅粉
缝隙堵塞，使得反应无法进行。图 12 为原始铅粉和
不同温度下反应得到的铅粉净化残渣的 SEM 图。

a—含铅铜的总图；b—铜的单独分布图；c—铅的单独分布图；d—
铅粉净化残渣的 EDS 图
图 13 铅粉净化残渣的 Mapping 图
Fig. 13 Mapping image of lead residue

由图 13a~c 可知，沉积铜呈片状分布在铅粉表
面，而且可以观察到少量裸露的铅粉表面，意味着
铅粉并未被完全利用。由图 13d 可知，残渣中铜质
量分数为 67.53%，远高于理论计算得到的 10%。这
可能是由于铅粉粒径较大，X 射线无法完全穿透铅
粉，因此，EDS 分析范围被限制在铅粉表面，导致
铜质量分数测试结果偏高。
2.3.7 净化除铜过程的动力学研究

采用搅拌法对铅粉置换除铜动力学进行研究。
图 12 原始铅粉（a、b）、20 ℃下反应得到的铅粉净化残 在 29.4、45.0、55.0 ℃下，获得不同反应温度下溶
渣（c、d）、50 ℃下反应得到的铅粉净化残渣（e、f） 液中的 Cu 质量浓度随反应时间的变化曲线。由于
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的 SEM 图 铅粉表面不可避免地被氧化，所以反应初始阶段为
Fig. 12 SEM images of raw lead powder (a, b), purification 铅粉表面氧化层与酸的反应，即“铅粉活化”阶段，
lead powder residue obtained at 20 ℃ (c, d) and
purification lead powder residue obtained at 50 ℃ 所以选取线性关系较好的时间段（50~180 s）进行
(e, f) 动力学分析。图 14a 为不同反应温度下 ln(ρ/ρ 0 )对反