专利名称：金属电积过程中在线控制有机添加剂的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属电解精炼、电沉积和电镀工业的金属沉积。
在金属电解精炼、电冶金沉积过程中，为了获得致密、平整、光滑的阴极沉积金属，一般需在电解液中加入有机添加剂。当有机添加剂过量时，将使电解液的电阻增加，槽电压升高，金属沉积结晶变坏；当有机添加剂量不足时，所产生的金属沉积物松软、结晶粗糙。《有色冶炼》1990 NO6 P26～28刊载日本“小坂冶炼厂铅电解生产的改进”一文中记载该厂有关胶的添加量为0.2～0.5Kg/t铅，其添加量的多少现在仍靠目测来判断。1981年冶金工业出版社出版、中南矿冶学院赵天从主编的《重金属冶金学》，涉及铜、铅、锌、镍等金属的电解精炼或电沉积，在电解液中所加入的有机添加剂(如明胶、骨胶、皮胶等)，其添加量多少皆凭经验来确定。上述靠目测或经验来确定有机添加剂的加入量往往偏离最佳值，长期以来成为影响电解精炼或电沉积阴极的金属质量、降低电流效率和制约生产发展的薄弱环节。
为变革上述凭经验操作的方法，拟从金属电解液的性质出发，通过一定的装置显示阴极活性过电位，使有机添加剂的量控制在最佳范围内，从而达到确保阴极沉积金属质量、同时提高金属电积过程中的电流效率、增加产量、降低能耗的目的。
金属包括铜、铅、锌、镍和锰，在其电解精炼或电沉积的过程中，阳极、阴极、电解质成分与体积和电解过程条件控制，以及电解车间的槽面管理是影响金属阴极质量与电流效率的重要因素。当这些条件相对稳定的前提下，要提高电解精炼或电沉积的质量和产量，关键取决于有机添加剂量的合理控制。
本发明的技术方案在于合理、准确地控制阴极活性过电位，要使阴极活性过电位保持在一定范围内，就必须根据电解质的性质控制有机添加剂的含量。由于在电沉积中阴极活性过电位平均以每小时一定的速度递减，若一次性地加入添加剂，则在几小时后阴极活性过电位就会低于最佳值，由此对阴极沉积金属必然带来不利影响。为了使添加剂的消耗和补充达到平衡，进而使活性过电位控制在最佳值，将添加剂(如动物胶)放在热水中泡软(约2小时～3小时)，然后用水蒸汽冲20分钟～30分钟，将添加剂溶化后，用调节阀均匀缓慢地加入循环槽；添加剂的加入量，视不同金属控制其加入速度。阴极活性过电位、电流效率和添加剂浓度之间的关系示于
图1，AB曲线示添加剂不足，其阴极活性过电位偏低、电流效率亦低；BC曲线示添加剂适度，其阴极活性过电位升高，电流效率为最佳状态；CD曲线示添加剂过量，其阴极活性过电位偏高、电流效率下降。因此，调节阴极活性过电位以控制不同金属在规定的过电位值，即可调节有机添加剂的加入量。例如，铅电解液控制在80mv～110mv、锌电解液控制在110mv～120mv、铜电解液控制在40mv～60mv、镍电解液控制在180mv～200mv、锰电解液控制在174mv～183mv，控制在上述活性过电位值时，电解过程电流效率最高，沉积阴极金属的质量最好。添加剂在电解过程中的循环是循环槽→>酸泵→>高位槽→>电解槽→>循环槽。添加剂溶化后均匀加入循环槽，再经酸泵搅拌后，能与电解液充分混合均匀，加快添加剂在电解液中的游离速度，从而得到致密、平整、光滑的阴极金属。
阴极活性过电位的测定装置如图2所示。是由移动阴极、恒流电源、电解槽、阳极、电解质控温系统、电解质循环系统、智能仪表系统等组成。移动阴极用金属箔制成带状，由调速电机传动并经碳刷导电与恒流电源联接。进行测定时，移动阴极的金属箔置于电解质中，通过调速电机不断更新电解质中的金属箔阴极。利用一个微弱(4～15mA/cm2)的稳定电流，通过可移动的阴极(金属箔)与阳极，金属的平衡电位与受微电流作用的新鲜电极表面上金属最初沉积电位差，即为活性阴极电位。阴极活性过电位的大小，可以反映电解质中有害杂质含量的多少。同时可确定在某种杂质浓度下，选择最佳添加剂浓度，以确保电沉积物的质量和产量。阴极移动速度通过调速电机自动控制阴极箔以每分钟2.7厘米～3.0厘米的速度连续移动，使阴极(金属箔)表面不断更新，确保测定的过电位能真实反映电解质的电化学特性。阳极面积较阴极面积大，起到传导电流的辅助电极的作用。阴极活性过电位由甘汞电极比较测定，测定的过电位在直流数字电压表上准确显示和在X-Y-T函数仪上自动记录，或者送往智能仪表，进行添加剂量的自动控制。电解质的温度通过温度控制仪自动恒温控制。从高位槽设一取液管，并以每分钟50毫升～60毫升的速度连续流入本装置的电解槽内，然后从槽的溢流口流出。
本发明的优点在于传统的固定研究电极方法，测不出阴极活性过电位，而本发明使阴极活性过电位的测定变为现实，而且测定的数据准确，稳定。将通常的取电解质样进行化学分析或仪器分析的间断测定变为在线检测。由此将金属电沉积过程中添加剂的加入量由经验操作变为自动控制，将添加剂的控制由电沉积后的滞后控制变为电沉积前的超前控制，使添加剂量控制在最佳值，以此同时电积金属的质量和产量显著提高，电能消耗大幅度下降，劳动强度与条件得以改善。
现结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述
图1为阴极活性过电位、电流效率和添加剂浓度的关系示意图；图2为在线控制装置示意图。
实施例1采用本发明将铅电解液的阴极活性过电位控制在80mv～110mv的范围内，阴极析出致密光滑平整的电铅，并在此前提下，使铅电解同极距由95毫米减少到90毫米，缩短5.26个百分点。电流效率由94.23％提高到95.716％，增加1.58个百分点；槽电压由0.562伏降到0.516伏，减少8.19个百分点；电能消耗由154.04kwh/t铅降到143.135kwh/t铅，减少7.079个百分点。电铅产量由年产7.8万吨，增加到年产9万吨，递增15.38个百分点，新增经济效益达526万元。不仅提高了电铅质量和产量，而且改善了劳动强度。
实施例2采用本发明在锌电积中，通过本发明的监控，调整添加剂的加入速率，使电解质的活性阴极过电位维持在110mv～120mv之间，可使平均电流效率提高1～2个百分点，从而使锌电积的直流电能单耗降低50.96～101.92kwh/t锌，单位槽产量增加1～2个百分点。杂质和胶的适当平衡，使杂质的影响降到最低限度，沉积锌光滑，延展性好，特高品级电锌产率得以提高；电解周期的延长，使得锌片变厚，为机械化剥锌创造了条件，从而减轻了剥锌劳动强度；锌电积电流效率的提高，将有利于降低锌电解车间的酸雾30～50个百分点。
实施例3在铜电解精炼中，应用本发明的监控，将阴极活性过电位控制在40mv～60mv之间时，可使明胶、硫脲、干酪素和c1-有机配合，可最大限度地提高阴极的析出质量和光洁度，减少固体粒子、胶体和电解液本身对阴极的污染，从而提高A级铜产率，增加电流效率，提高电流密度10～20个百分点，缩短极距10～30个百分点，降低槽电压10mv～30mv，显著增加电铜产量。
实施例4在镍电解精炼中，镍和硫酸盐浓度对阴极过电位影响较小，而添加剂(如胶等)对阴极过电位影响较大。根据不同的条件，调整添加剂浓度，当阴极过电位达180mv～200mv时，可得到平整、致密、纯度高的镍沉积物-电镍；此时电流效率亦较高。
实施例5活性过电位测量可以用于锰电积的控制。在400A/m2电积锰时，每升净化的电解液应含有8mg～16mg胶。胶使活性过电位增加，而杂质铜、锌、锑使活性过电位降低，当杂质高于几毫克/升时，电解质须净化，过电位测量可用于监控净化的效果。当加胶是8mg/l～16mg/l最佳浓度、阴极活性过电位是174mv～183mv时，阴极沉积物质量最好，电流效率最高。
权利要求
1.一种金属电积过程中在线控制有机添加剂的方法，在电解液中加入有机添加剂，将有机添加剂(如动物胶)放在热水中泡2小时～3小时，然后用水蒸汽冲20分钟～30分钟，待有机添加剂溶化后，用调节阀均匀缓慢地加入循环槽，添加剂的加入量，视不同金属控制其加入速度；有机添加剂在电解过程中的循环是循环槽→>酸泵→>高位槽→>电解槽→>循环槽，其特征在于通过一种阴极活性过电位的测定装置显示金属电积过程中的过电位值，在线调整有机添加剂浓度和加入速度，将活性过电位控制在使金属电积最佳的BC曲线范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于铅电解液阴极活性过电位为80mv～110mv。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于锌电解液阴极活性过电位为110mv～120mv。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于铜电解液阴极活性过电位为40mv～60mv。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于镍电解液阴极活性过电位为180mv～200mv。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于锰电解液阴极活性过电位为174mv～183mv。
7.一种测定权利要求1所述方法的阴极活性过电位的装置，由阴极、恒流电源、电解槽、阳极、电解质控温系统、电解质循环系统、智能仪表系统组成，其特征在于其阴极是移动的，移动阴极用金属箔制成带状，由调速电机传动并经碳刷导电与恒流电源联接，阴极移动速度通过调速电机自动控制，阴极箔以每分钟2.7厘米～3.0厘米的速度在电解质中连续移动。
全文摘要
一种金属电积过程中在线控制有机添加剂的方法和装置,通过由金属箔制成的移动阴极、恒流电源、电解槽、阳极、电解质控温系统、电解质循环系统和智能仪表系统组成的阴极活性过电位的测定装置显示金属电积过程中的过电位值,在线调整有机添加剂浓度和加入速度,将活性过电位控制在使金属电积最佳的范围内,使电流效率和金属产量显著提高,电能消耗大幅度下降,阴极质量提高,劳动强度与条件得以改善。
文档编号C25D21/14GK1186875SQ9611849
公开日1998年7月8日 申请日期1996年12月29日 优先权日1996年12月29日
发明者李仕雄, 刘爱心 申请人:中南工业大学