一种电沉积法制备金属铅的方法技术

本发明专利技术属于冶金技术领域，尤其涉及一种电沉积法制备金属铅的方法。包括如下步骤：将尿素和氯化咪唑按摩尔比1.8～2.3：1混合，形成尿素‑氯化咪唑类离子液体；将氧化铅粉末加入尿素‑氯化咪唑类离子液体中，搅拌，氧化铅粉末溶解在尿素‑氯化咪唑类离子液体中且摩尔浓度为0.07～0.08mol/L；将电极插入已溶解了氧化铅粉末的尿素‑氯化咪唑类离子液体中中，进行电沉积，其中电沉积在恒定电位为‑0.4～‑1.0V vs.Ag，恒定电流密度为2～8mA/cm

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积法制备金属铅的方法
本专利技术属于冶金
，尤其涉及一种电沉积法制备金属铅的方法。
技术介绍
铅是产量仅次于铝和铜的第三大有色金属。工业铅冶炼分为粗炼和精炼两个步骤，铅粗炼包括铅精矿脱硫(方铅矿-硫化铅烧结焙烧，得到氧化铅)、还原熔炼(焦炭还原氧化铅，得到粗铅)、渣铅分离和粗铅产出等过程，得到含铅95％～98％的粗铅。然而，粗铅火法冶炼工艺流程复杂，熔炼温度高达1250℃，需要消耗大量电力和煤等能源资源，给生态环境带来巨大的压力。通过熔炼还原获得的粗铅中含有较多杂质，需通过火法精炼或者电解精炼将粗铅进一步提纯，其中电解精炼在含有H2SiF6和PbSiF6的水溶液中进行，最终得到含铅99.9％以上精铅。此外，由于中小型企业的技术水平低、环保意识淡薄，违规排放含铅废水、废气和废渣，加之政府监管力度不够，依然发生了许多铅污染事件。因此，发展铅的绿色节能低耗低碳冶金工艺，找到一种低温电解质电解制备金属铅具有重要意义。水溶液中电沉积铅一般以Pb(NO3)2为溶质，在碱性溶液(如NaOH溶液)或者硝酸盐、卤化盐、醋酸盐、甲烷磺酸盐和氟硼酸盐的溶液中进行，但是水溶液中电解过程难以避免析氢副反应的发生，电流效率低，且在基体上电沉积得到的金属铅并不光滑，为树枝状。有关离子液体电沉积金属铅的研究文献报道很多。例如，Wang等人以PbCl2为原料，在1-甲基-3-丁基氯化咪唑-氯化铝中电沉积铅；Katayama等人以Pb(TFSA)2为原料，在25℃的BMPTFSA离子液体中电沉积铅；Tsai等人以TeCl4和PbCl2为原料，在1-乙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐中电沉积Te、Pb和PbTe合金；Simons等人以Pb(NTf2)2为原料，在20℃的[C2mim][NTf2]离子液体中电沉积铅。上述离子液体具有无味不燃，蒸汽压低、可操作温度范围宽(-40～300℃)、电化学窗口宽(大于3V)、热稳定性好等优点，可以避免水溶液中电沉积铅出现的析氢副反应。但是上述离子液体铅电沉积使用的原料是PbCl2、Pb(TFSA)2和Pb(NTf2)2等，成本较高，而且电解过程阳极产生氯气，需要增加尾气回收装置。另外，上述离子液体具有吸水性，价格较昂贵，阻碍了其在工业上的推广应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有存在的技术问题，本专利技术提供一种电沉积法制备金属铅的方法，该方法中采用氧化铅作为原料，电解过程阳极产生氧气，无需增加尾气回收装置，且将尿素和氯化咪唑离子液体混合，降低了生产成本。(二)技术方案本专利技术提供一种电沉积法制备金属铅的方法，包括如下步骤：S1、将尿素和氯化咪唑按摩尔比1.8～2.3：1混合，形成尿素-氯化咪唑类离子液体；所述氯化咪唑包括1-乙基-3-甲基氯化咪唑和1-丁基-3-甲基氯化咪唑的混合物，其中，1-乙基-3-甲基氯化咪唑和1-丁基-3-甲基氯化咪唑摩尔比为0.1～0.5：1；S2、将氧化铅粉末加入所述尿素-氯化咪唑类离子液体中，搅拌，所述氧化铅粉末溶解在尿素-氯化咪唑类离子液体中且在尿素-氯化咪唑类离子液体中的摩尔浓度为0.07～0.08mol/L；S3、将电极插入已溶解了氧化铅粉末的尿素-氯化咪唑类离子液体中中，进行电沉积，其中，已溶解了氧化铅粉末的尿素-氯化咪唑类离子液体的温度为100～140℃，电沉积在恒定电位为-0.4～-1.0Vvs.Ag，恒定电流密度为2～8mA/cm2的条件下进行。进一步地，还包括：S4、电沉积后取出电极，清洗电极表面粘附的尿素-氯化咪唑类离子液体，干燥后在电极表面得到金属铅。进一步地，所述步骤S2中，将氧化铅粉末加入所述尿素-氯化咪唑类离子液体中，搅拌4～12h。进一步地，所述步骤S3中，电沉积的时间为0.1～1h。进一步地，所述步骤S1中，在惰性气氛下将尿素和氯化咪唑混合。进一步地，所述步骤S2～S4在大气气氛下进行。进一步地，所述步骤S3中，电极包括工作电极、参比电极和辅助电极；所述工作电极为铜、钨、镍、钛、银和不锈钢中的一种；所述参比电极为Ag/AgCl；所述辅助电极为钨、镍、钛、金、银、铂和不锈钢中的一种。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用的原料为氧化铅，电极为惰性金属，因而电沉积过程阳极为氧气，阴极为金属铅，冶炼过程绿色洁净，无三废，符合低碳、低温、低能耗、短流程、环境友好型绿色工艺的要求。2、本专利技术方法在将尿素和氯化咪唑离子液体混合作为电解质，而尿素价格较便宜，降低了生产成本，并且形成的尿素-氯化咪唑低共熔溶剂对水和空气不敏感，不需要在手套箱中进行铅的电沉积。3、本专利技术中所用的氯化咪唑离子液体电化学窗口较宽(约3V)，可以避免水溶液中电沉积铅出现的析氢副反应，电解过程电流效率高，同时电解质可以重复使用。附图说明图1为本专利技术实施例1中电沉积得到的金属铅的XRD图谱；图2为本专利技术实施例1中电沉积得到的金属铅的SEM图谱；图3为本专利技术实施例1中电沉积得到的金属铅的EDS图谱。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。实施例1S1、在室温下，将尿素和氯化咪唑按摩尔比1.8：1混合，控制温度100℃，经搅拌后形成无色清澈透明的尿素-氯化咪唑类离子液体(即电解质)。其中，氯化咪唑由摩尔比为0.5：1的1-乙基-3-甲基氯化咪唑和1丁基-3-甲基氯化咪唑混合而成。S2、将氧化铅固体粉末加入尿素-氯化咪唑类离子液体中，搅拌4h，使氧化铅固体粉末完全溶解在尿素-氯化咪唑类离子液体中，且氧化铅在尿素-氯化咪唑类离子液体中的摩尔浓度为0.07mol/L。S3、将以铜为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，钛为辅助电极的电极插含有氧化铅的电解质中，控制含有氧化铅的电解质的温度为100℃，在恒定电位-0.4V(vs.Ag)条件下进行电沉积0.1h。S4、电沉积后取出电极，用丙酮和蒸馏水清洗电极表面粘附的少量电解质，干燥后在铜表面得到金属铅。如图1、2、3所示，分别为本实施例中得到的金属铅的XRD、SEM和EDS图谱。本实施例电沉积金属铅过程的电流效率为96.17％，能耗为0.11kWh/kg-Pb。实施例2S1、在室温下，将尿素和1-甲基-3-甲基氯化咪唑离子液体按摩尔比2：1混合，控制温度150℃，经搅拌后形成无色清澈透明的尿素-1-甲基-3-甲基氯化咪唑类离子液体(即电解质)。S2、将氧化铅固体粉末加入尿素-1-甲基-3-甲基氯化咪唑类离子液体中，搅拌12h，使氧化铅固体粉末完全溶解在尿素-1-甲基-3-甲基氯化咪唑类离子液体中，且氧化铅在尿素-1-甲基-3-甲基氯化咪唑类离子液体中的摩尔浓度为0.08mol/L。S3、将以不锈钢为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，镍为辅助电极的电极插含有氧化铅的电解质中，控制含有氧化铅的电解质的温度为140℃，在恒定电位-1.0V(vs.Ag)条件下进行电沉积1h。S4、电沉积后取出电极，用丙酮和蒸馏水清洗电极表面粘附的少量电解质，干燥后在不锈钢表面得到金属铅。本实施例电沉积金属铅过程的电流效率为67.2％，能耗为0.57kWh/kg-Pb。实施例3S1、在室温下，将尿素和1-乙基-3-甲基氯化咪唑离子液体按摩尔比2.3：1混合，控制温度130℃，经搅拌后形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电沉积法制备金属铅的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将尿素和氯化咪唑按摩尔比1.8～2.3：1混合，形成尿素‑氯化咪唑类离子液体，所述氯化咪唑包括1‑乙基‑3‑甲基氯化咪唑和1‑丁基‑3‑甲基氯化咪唑的混合物，其中，1‑乙基‑3‑甲基氯化咪唑和1‑丁基‑3‑甲基氯化咪唑摩尔比为0.1～0.5：1；S2、将氧化铅粉末加入所述尿素‑氯化咪唑类离子液体中，搅拌，所述氧化铅粉末溶解在尿素‑氯化咪唑类离子液体中且在尿素‑氯化咪唑类离子液体中的摩尔浓度为0.07～0.08mol/L；S3、将电极插入已溶解了氧化铅粉末的尿素‑氯化咪唑类离子液体中中，进行电沉积，其中，已溶解了氧化铅粉末的尿素‑氯化咪唑类离子液体的温度为100～140℃，电沉积在恒定电位为‑0.4～‑1.0V vs.Ag，恒定电流密度为2～8mA/cm2的条件下进行。

【技术特征摘要】
1.一种电沉积法制备金属铅的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将尿素和氯化咪唑按摩尔比1.8～2.3：1混合，形成尿素-氯化咪唑类离子液体，所述氯化咪唑包括1-乙基-3-甲基氯化咪唑和1-丁基-3-甲基氯化咪唑的混合物，其中，1-乙基-3-甲基氯化咪唑和1-丁基-3-甲基氯化咪唑摩尔比为0.1～0.5：1；S2、将氧化铅粉末加入所述尿素-氯化咪唑类离子液体中，搅拌，所述氧化铅粉末溶解在尿素-氯化咪唑类离子液体中且在尿素-氯化咪唑类离子液体中的摩尔浓度为0.07～0.08mol/L；S3、将电极插入已溶解了氧化铅粉末的尿素-氯化咪唑类离子液体中中，进行电沉积，其中，已溶解了氧化铅粉末的尿素-氯化咪唑类离子液体的温度为100～140℃，电沉积在恒定电位为-0.4～-1.0V...

【专利技术属性】
技术研发人员：石忠宁，刘爱民，王兆文，高炳亮，胡宪伟，刘风国，陶文举，杨酉坚，于江玉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21