抑制碲电解过程中阴极板粒子生长的探讨

祝仕清，孙文达，刘 宏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424 ）

抑制碲电解过程中阴极板粒子生长的探讨

祝仕清，孙文达，刘 宏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424 ）

精碲生产中由于某些因素的影响，电解过程中发生副反应使阳极产生阳极泥、阴极板上出现粒子。为了优化电解过程、抑制阴极板上粒子的生长，进行了一系列的探索实验，考查了还原剂、电解质组分、温度和阳极板结构对于电解过程的影响。结果表明调节合适温度和改变阳极板结构都能够较有效地抑制阴极板上粒子的生长。

电解；碲阳极泥；添加剂；粒子；温度；碲；阳极板

1 引言

碲是一种稀散金属，在20世纪90年代以前普遍认为在自然界中通常伴生于硫化铜矿或硫化铅矿中，近年来国内外一系列重要的碲化物型金银矿床的发现和地质勘查研究表明: 分散元素碲的地球化学性状远比传统认识的要活跃得多，它可以大规模富集、矿化形成具有经济价值的独立矿床或工业矿体［1］。目前碲的主要来源还是重金属冶炼过程中产出的铜阳极泥、铅铋冶炼的碱性浮渣及烟道灰，据文献报道90%碲是从这些原料中回收提取的，由于原料碲品位的不同，其分离工艺也有所区别。

贵溪冶炼厂精碲生产采用常压碱浸工艺［2］，生产工艺包括浸出、净化、中和、煅烧、电积、煮洗、浇铸等工序。生产过程中通过浸出、净化、中和、煅烧除去含碲原料中的大部分杂质，保证电解前电解液中含碲量和杂质含量达到工艺要求，精碲电解过程利用碲与其它杂质离子在碱性溶液中电势电位的不同，通过施加一定的电压和电流密度实现碲与其它杂质分离，使碲在阴极发生还原反应以单质析出。主要电极反应如下：

2 现状与分析

电解是精碲生产工艺中一个关键环节，电解过程的控制是否规范直接关系到产品质量和能源消耗，通常影响精碲电解的因素包括：电流密度、槽电压、电解液成分、电解液温度、电极材料等［3］。生产过程发现，碲电解过程中阳极板上会出现大量阳极泥，阴极板长粒子（如图1），对于阴极上形成的粒子如果长时间不进行清理会包覆在析出碲中，粒子清理工作不仅工作量大还容易影响最终产品质量。通过对产生的阳极泥和粒子进行化验分析发现其主要成分是六价碲酸盐，是由于在电解过程中发生的副反应而形成的产物，反应如下：

图1　电解过程中阴阳极板面情况

3 实验方案与结果分析

3.1添加还原剂

通过分析，电解过程中阳极泥和粒子的产生是由于在阳极发生的副反应所致，使电解液中的四价碲氧化为六价碲，从而形成不溶的碲盐析出。通过对碲阳极泥回收处理工艺的研究发现［4］，在碱性溶液中阳极泥可以与还原剂反应使六价碲盐还原为可溶的四价碲。根据这一性质，探索了向电解液中添加还原剂来抑制阳极泥和粒子的生长。

实验如下：

在保持电流密度及槽电压等电解条件不变的情况下，向电解液中添加定量还原剂，观察整个电解周期内阴阳极电解情况。实验结果如下：

表1　添加剂对粒子生长情况的影响

由表1可以看出添加剂对粒子的生长具有较大影响，当将定量添加剂在电解前期一次性加入的时候粒子出现的时间与不加相比明显推后，同时量也有所减少，如果将添加剂在整个电解周期内分批等量加入在整个电解周期内都没有粒子产生。由此可以看出在电解过程中阳极的副反应产物确实能够和添加剂反应，从而减少阴极板上粒子的析出。

3.2调节电解液组分

实验如下：

在保证槽电压和电流密度不变的条件下，改变电解新液与废液的配比，通过补加蒸馏水和氢氧化钠来调节电解液的碱度，考查改变电解液组分对阴极粒子生长情况的影响。实验结果如下：

表2　电解质浓度对粒子生长情况的影响

通过观察表2可以看出在改变电解液浓度和碱度的情况下，对电解过程中阴极板上粒子生长情况几乎没有影响。

3.3调节温度

在电解过程中温度对于电解质溶液的粘度、离子活度、溶解度都有较大影响。温度升高，液体的粘度下降，对大多数物质而言温度越高其在水溶液中的溶解度越大。温度不仅影响上述的电解质性质，通过能斯特方程可知电解过程中电极电势也与温度有关。通过实验探索了温度这一重要因素对阴极板粒子生长情况的影响：

实验如下：

在保持电流密度及槽电压等电解条件不变的情况下，改变电解温度观察整个电解周期内阴阳极电解情况。实验结果如下：

表3　温度对粒子生长情况的影响

由表3可知，当电解温度维持在30～37℃时，阴极板在整个电解周期内都没有出现粒子，从电解前期开始电解液起泡（如图2所示）。这是由于在电解过程中阳极产生氧气，而氧气不易溶于水，尤其是在低温下 ，从电极上逃逸出去的速度很慢，同时随着温度的降低各种物质溶解度下降，最后导致在电极和电解液的界面上，形成气泡帘［5-6］。由于这种气泡帘的出现使得电解质溶液粘度增大，离子在溶液中的流动性能减弱，使电极表面离子浓度和主体溶液之间浓度差增大，使电解过程中出现浓差极化。浓差极化使得阳极副反应的电极电势增大，电解过程中发生副反应的能力减弱。由于副反应的减弱，溶液粘度的增加，氧气逃逸速度减慢使得从阳极夹带副反应产物到阴极板上的过程受到抑制，最后避免了粒子的产生。

图2　电解液起泡情况

实验结果表面，阴极板上粒子总是在电解周期的中期产生，既当阳极板上出现阳极泥到完全被阳极泥覆盖住的这段时间。由此可见粒子主要是由于阳极产生的氧气溢出时夹带副反应产物到阴极板所致。当控制温度在37～40℃时，随着温度的升高氧气逃逸速度增加，溶液流动性加大，浓差极化减弱，当控制电解液温度保证电解液介于起泡温度点时，在保证电解液不起泡的同时能够有效的避免阴极板上粒子的出现。

3.4改变阳极板结构

通常电解过程中，电解质发生什么电极反应，阴阳极产生何种产物，不仅与电极之间的分解电压有关还受电解质的本质、电极反应物浓度、电极材料、超电势和电流密度的影响。通过实验探索了在确保主反应条件不变的情况下，改变阳极板结构对阴极板粒子生长情况的影响。

改进如下：

将板式阳极板改成格栅式，以减少阳极板表面积，在保持阴极板电流密度不变的条件下，提高阳极电流密度。

图3　改进前板式阳极板

图4　改进后格栅式阳极板

表4　改进前后粒子生长情况

由表4可知，由于格栅式阳极板，极板表面积减少，电流密度升高，在电解过程中阳极板上产生的氧气局部浓度增加，呈螺旋状溢出速率加快，阳极副反应减弱，在电解周期内都没有产生粒子。

4 结论

（1）通过探索实验发现向电解液中添加定量添加剂能够起到抑制阴极板上粒子生长的作用，但是需要分批对每槽电解液进行添加，工作量大、成本增加，在添加作业过程中容易影响产品质量。

（2）通过改变电解液组分和碱度对阴极板上粒子生长情况几乎没有影响。

（3）实验发现在其他条件都不变的情况下，通过改变温度对于抑制阴极板上粒子生长具有较好的效果，当电解温度维持在40℃左右时不仅能够避免电解液起泡还能较好的抑制阴极板上粒子的生长，但温度控制不准容易发生电解液起泡。

（4）通过改变阳极板结构，减少了阳极副反应，不仅可以抑制阴极板上粒子的生长还能减少阳极泥的产量。

［1］胡智向， 朱刘， 王小峰. 碲的资源分布与工业应用［J］. 广东化工，2014， 41（20）:76-78.

［2］刘德刚， 彭俊. 碲提取工艺的研究现状［J］. 山西冶金， 2013（5）:1-3.

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

［4］祝仕清， 赵海涛. 碲阳极泥处理工艺的改进［J］. 铜业工程，2015（4）:75-77.

［5］郭鹤桐. 理论电化学［M］.北京:宇航出版社， 1984:11-25.

［6］日根文男.电解槽工学［M］. 安家驹， 等， 译.北京:化学工业出版社，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，湖南岳阳人，本科，主要从事稀散金属的研究与生产工作。E-mail: 709512631@qq.com