一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法与流程

本发明涉及一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，属于离子液体冶金技术领域。

背景技术：

锡、铅同属元素周期表中的第ⅣA族的元素，它们的物理化学性质比较相近。锡铅二元系在热力学性质上对理想溶液呈现一定的负偏差，在火法冶炼过程中的行为比较相似，导致锡铅合金的分离存在一定难度。目前，锡铅合金的分离主要有火法冶金、真空蒸馏和电解等分离方法。

在已公布的专利CN101570826A^[1]中，使用多级真空蒸馏分离锡铅合金，原料锡铅合金在真空炉中进行三级真空蒸馏，控制各级真空度在0.1～0.5Pa，蒸馏10～20min；一级真空蒸馏温度为900～1050℃，二级真空蒸馏温度为1100～1250℃，三级真空蒸馏温度为1100～1250℃，使沸点高的锡保持液态，而沸点较低的铅则以气态形式从合金中挥发出来，产出精锡和铅锡合金（作为一级蒸馏的原料），从而实现锡、铅的分离。真空蒸馏分离锡铅合金的工艺对设备要求高、蒸馏温度较高、能耗较大。

专利CN102424983B^[2]提供了一种高杂铅锡合金组合电解的方法，包括熔炼浇注、锡渣框料电解、阳极板电解。将锡铅合金放入500～650℃的熔锡锅熔化，捞出锡渣，熔液浇注成合金阳极板，将捞出的锡渣制成粒度为5～30mm的颗粒，然后装框，放入框料电解液进行隔膜电解，电解槽电压0.3～3.5V，电流密度30～80A/m²；对浇注的合金阳极板进行板料电解，从阳极泥回收锡自补给电解液。此隔膜电解工艺的槽电压较高，能耗较大。

参考文献：

[1]戴卫平,速斌,曹劲松等.一种多级真空蒸馏分离锡铅合金的方法[P].中国专利CN101570826A.

[2]李果,谢官华,吴建明等.一种高杂锡铅合金组合电解工艺[P].中国专利CN102424983B。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法。本发明是以氯化胆碱—乙二醇低共熔溶剂中添加适量的氯化亚锡配制成为电解液，该电解液的蒸汽压极低、几乎不挥发、热稳定性良好，电解质体系环境友好，可循环使用。对于铅含量较高的锡铅合金，经过一次电解可得到含Sn 99.95%及以上的锡粉，电解的电流效率在95%以上，本发明通过以下技术方案实现。

一种利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.05～0.2mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到30～70℃，以锡铅合金块为阳极、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1～2:1，阴阳极间距为10～20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为200～700r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60～120A/m²，电解1～10h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5～10 min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制40～60℃进行干燥）后得到含Sn≥99.95wt%的锡粉。

所述步骤3中锡铅合金含铅量为5wt%～20wt%。

本发明的有益效果是：

（1）电解质体系为氯化胆碱—乙二醇低共熔溶剂，其原料易得、制备简单，室温下蒸汽压极低，基本不挥发，具有较好的热稳定性，使用时的操作环境好，可循环使用。

（2）电解电流效率高于95%，对于铅含量为5%～20%的锡铅合金，经过一次电解便可得到含Sn 99.95%及以上的锡粉。

（3）本发明得到的阴极产物为树枝状锡粉，在金属电镀防腐、无铅焊接以及3D打印等方面具有广泛的用途。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明实施例1电解得到的锡粉的SEM图A；

图3是本发明实施例1电解得到的锡粉的SEM图B；

图4是本发明实施例1电解得到的锡粉的粒度分析结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L。

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解6h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9723wt%的锡粉。

本实施例制备得到的锡粉SEM图如图2和3所示，从图2和3中可以看出1ChCl:2EG DES中电解分离锡铅合金，在阴极产出纯锡粉的形貌为树枝状。锡粉的粒度分析结果如图4所示，从图4中可以看出所得锡粉的中位粒径在80μm左右。

实施例2

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.05mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解8h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9701wt%的锡粉。

实施例3

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到40℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为2:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解6h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9709wt%的锡粉。

实施例4

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到70℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为2:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解8h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9667wt%的锡粉。

实施例4

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到70℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为2:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解8h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9667wt%的锡粉。

实施例5

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为5wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1.5:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为120A/m²，电解10h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.9717wt%的锡粉。

实施例6

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到50℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为10wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1:1，阴阳极间距为20mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为500r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为80A/m²，电解10h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗5min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制60℃进行干燥）后得到含Sn99.967wt%的锡粉。

实施例7

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.1mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到60℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为15wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1:1，阴阳极间距为15mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为700r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为60A/m²，电解6h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗10min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制40℃进行干燥）后得到含Sn99.9665wt%的锡粉。

实施例8

如图1所示，该利用低共熔溶剂电解分离锡铅合金的方法，其具体步骤如下：

步骤1、将氯化胆碱和乙二醇按照摩尔比为1:2混合，然后在80℃加热搅拌共熔至清亮透明液体，合成出氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂，简称1ChCl:2EG DES；

步骤2、向步骤1合成的1ChCl:2EG DES中加入氯化亚锡，搅拌溶解均匀，配制成电解液，电解液中氯化亚锡的浓度为0.2mol/L；

步骤3、将步骤2配制的电解液加热到30℃，以锡铅合金块为阳极（含铅量为20wt%）、铜片为阴极，控制阳极与阴极的面积比为1:1，阴阳极间距为10mm，对电解液进行搅拌，在搅拌转速为200r/min，同时在阴极与阳极间通以直流电，控制阴极电流密度为110A/m²，电解1h，在阴极上得到树枝状锡粉，将树枝状锡粉轻轻从阴极上刮落，然后经超声分散清洗（超声分散清洗8min，重复超声分散清洗3次）、干燥（控制50℃进行干燥）后得到含Sn99.967wt%的锡粉。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。