錫電解精煉體系中甲酚磺酸的分析與研究

錫電解精煉體系中甲酚磺酸的分析與研究

錫是人類使用最古老的金屬之一。高純度錫是一種廣泛使用的功能材料。錫電解精煉體系主要有堿性錫酸鹽體系、甲基磺酸體系、氟硼酸體系、酸性硫酸亞錫體系、、檸檬酸體系和焦磷酸體系為了取代甲酚磺酸，Broggi等基于甲酚磺酸的分子結(jié)構(gòu)特點及其作用機(jī)制，本文設(shè)計優(yōu)選了與甲酚磺酸結(jié)構(gòu)相近的苯磺酸鈉（SB）與白藜蘆醇（Res）為添加劑，通過測試其陰極極化曲線、電解液穩(wěn)定性、電流效率和陰極形貌，對比分析了這兩種添加劑對錫電解精煉過程的影響。1實驗1.1試劑本研究所用基礎(chǔ)電解液（BE）中各成份含量分別是：硫酸60g·L1.2電解液的陰極極化曲線實驗使用CHI600E型電化學(xué)工作站對含有不同添加劑的電解液進(jìn)行了陰極極化曲線（電位區(qū)間是-0.8～-1.8V，掃描速率1mV·s1.3電解前后陰陽質(zhì)量差、電流效率根據(jù)1.1節(jié)配制出基礎(chǔ)電解液，再分別加入不同的添加劑，待完全溶解后，電解24h，電解后立即取出陰極錫，沖洗干凈后晾干并稱重，計算出電解前后陰極質(zhì)量差，計算電流效率。采用滴定分析法對電解前后的電解液中各成份進(jìn)行檢測，計算各成份濃度。1.4苯磺酸鈉與sn苯磺酸鈉與Sn2結(jié)果與討論2.1res對錫電解過程的影響從CSA分子結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)的角度出發(fā)，篩選出了具有1個磺酸基的SB和帶有3個酚羥基的Res作為錫電解精煉的添加劑。對比觀察不同電解液的實驗差異，來判斷SB,Res與CSA相比對錫電解精煉的作用差異。采用陰極極化曲線分析添加劑對陰極錫沉積過程的影響，結(jié)果如圖1所示。圖1是在不同電解液中所測得的陰極極化曲線。由圖1(a）可知，在BE電解液中，Sn而在BE+CSA電解液中，隨著CSA濃度從0g·L由圖1(b）可知，在BE+SB電解液中，當(dāng)SB的濃度增加到8g·L由圖1(c）可知，隨著Res濃度從10mg·L實驗結(jié)果表明SB,Res對陰極錫沉積均具有一定的阻滯作用，其阻滯能力大小為：CSA>SB>Res。2.2可加有sb的電解在不同電解液中，電解24h之后得到的陰極錫宏觀形貌如圖2所示。由圖2可知，添加有SB的電解液中，陰極錫的宏觀形貌的平整度相較于BE電解液明顯改善，與BE+CSA電解液的平整度相當(dāng)，且更加的光亮。而添加有Res的電解液中的陰極錫形貌并未發(fā)生明顯變化，說明SB能夠提高陰極錫的平整度與致密性，而Res不具有這種作用。2.3影響電壓論的穩(wěn)定性實驗前后對BE+SB電解液中各元素成分的含量進(jìn)行了滴定分析，數(shù)據(jù)整理結(jié)果如表1所示。由表1中Sn從H2.4電流效率的測定分別考察SB和Res對電流效率的影響，所得到的電流效率如圖3所示。由圖3(a）可以看出，當(dāng)SB的濃度增大到8g·L由圖3(b）可以看出，當(dāng)Res濃度從0g·L3復(fù)合添加劑的篩選通過以上實驗，發(fā)現(xiàn)SB的整平性好但電流效率低，而Res作添加劑時的電流效率較高，但整平性差的特點。篩選組合出了一種復(fù)合添加劑，即Res/SB。通過對比觀察添加有復(fù)合添加劑錫電解液的電化學(xué)曲線、電解液的穩(wěn)定性、電流效率以及陰極錫形貌與基礎(chǔ)電解液的差異，來判斷復(fù)合添加劑與CSA相比對錫電解精煉的作用優(yōu)劣。3.1不同添加劑對陰極極化曲線的影響考慮到Res的溶解度小的情況，因此僅改變SB的用量，進(jìn)而得到最佳的添加劑用量配比。本文采用陰極極化曲線和Tafel曲線測試分析監(jiān)測復(fù)合添加劑對陰極錫沉積過程的影響，并與BE電解液和BE+CSA電解液的數(shù)據(jù)相比較，分析結(jié)果如圖4和5所示。圖4是不同添加劑對陰極極化曲線的影響。從圖4(a）中可以看出，在BE+Res/SB電解液中，在Res濃度一致的條件下，SB濃度逐漸增加至8g·L從圖4(b）中可以看出，與BE電解液和BE+CSA電解液相比，當(dāng)加入最佳濃度的Res/SB時，還原峰R1的峰值電流大小順序為：BE電解液>BE+Res/SB電解液>BE+CSA電解液，實驗結(jié)果表明：復(fù)合添加劑阻滯陰極錫沉積的能力要弱于CSA。從圖5中可以看出，在不同電解液中平衡電位條件下的交換電流密度大小順序是：BE電解液>BE+Res/SB電解液>BE+CSA電解液，結(jié)果表明：不同添加劑對陰極錫沉積的阻滯效果強(qiáng)弱順序是：CSA>Res/SB，驗證了上述陰極極化曲線所得到的結(jié)果。3.2在be+res/sb電解中的電化學(xué)行為在不同電解液中，電解24h之后得到的陰極錫宏觀形貌如圖6所示。由圖6可知，而在BE+Res/SB電解液中，陰極錫的宏觀形貌相較于BE電解液得到很大改善，優(yōu)于BE+CSA電解液。說明復(fù)合添加劑能夠改善陰極錫的形貌，提高陰極錫表面的平整性和致密度。3.3測定結(jié)果及分析實驗前后對不同電解液中各元素成分的含量進(jìn)行了滴定分析，數(shù)據(jù)整理結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，電解前后BE+Res/SB電解液中Sn3.4劑濃度對錫電解過程電流效率的影響在BE+Res/SB電解液中，考察復(fù)合添加劑濃度對錫電解精煉電流效率的影響，所得到的電流效率如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)Res/SB濃度從0增加到0.03/8g·L4錫氧化精煉工藝參數(shù)的優(yōu)化為進(jìn)一步探索復(fù)合添加劑的最優(yōu)工藝參數(shù)，又對電解液中的硫酸濃度、硫酸亞錫濃度、溫度及電流效率深入探究。4.1響應(yīng)分析研究實驗對電解液中不同硫酸濃度對電流效率和陰極錫宏觀形貌的影響進(jìn)行了研究。實驗初始濃度為硫酸亞錫24g·L從圖8中可知，隨著硫酸濃度從20g·L從圖9中可知，電解液中的硫酸濃度為60g·L綜上所述，電解液中硫酸濃度為60g·L4.2對不同研究品種的影響實驗對電解液中不同硫酸亞錫濃度對電流效率和陰極錫宏觀形貌的影響進(jìn)行了研究。實驗初始濃度為硫酸60g·L從圖10可知，隨著硫酸亞錫濃度增加到24g·L從圖11中可知，硫酸亞錫濃度為24g·L綜上所述，電解液中硫酸亞錫濃度為24g·L4.3溫度對陽極錫電流效率的影響實驗對電解液中不同溫度對電流效率和陰極錫宏觀形貌的影響進(jìn)行了研究。實驗初始濃度為硫酸60g·L從圖12中可知，隨著溫度從20℃增加到35℃，陰極錫沉積的電流效率呈現(xiàn)遞增的趨勢，當(dāng)溫度超過35℃時，電流效率呈現(xiàn)有所減小的趨勢。這是由于在20～35℃范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，離子遷移速率加快，使得Sn從圖13中可知，電解液的溫度為35℃時，陰極錫的宏觀形貌最平整。綜上所述，電解液溫度為35℃時效果最佳。4.4電流密度對電解實驗的影響實驗對電解液中不同電流密度對電流效率和陰極錫宏觀形貌的影響進(jìn)行了研究。實驗初始濃度為硫酸60g·L從圖14中可知，隨著電流密度從40增加到100A·m從圖15中可知，當(dāng)電解液的電流密度為100A·m綜合考慮電流效率、陰極錫宏觀形貌知，當(dāng)電解液的電流密度為10