锡电解精炼体系中甲酚磺酸的分析与研究

锡电解精炼体系中甲酚磺酸的分析与研究

锡是人类使用最古老的金属之一。高纯度锡是一种广泛使用的功能材料。锡电解精炼体系主要有碱性锡酸盐体系、甲基磺酸体系、氟硼酸体系、酸性硫酸亚锡体系、、柠檬酸体系和焦磷酸体系为了取代甲酚磺酸，Broggi等基于甲酚磺酸的分子结构特点及其作用机制，本文设计优选了与甲酚磺酸结构相近的苯磺酸钠（SB）与白藜芦醇（Res）为添加剂，通过测试其阴极极化曲线、电解液稳定性、电流效率和阴极形貌，对比分析了这两种添加剂对锡电解精炼过程的影响。1实验1.1试剂本研究所用基础电解液（BE）中各成份含量分别是：硫酸60g·L1.2电解液的阴极极化曲线实验使用CHI600E型电化学工作站对含有不同添加剂的电解液进行了阴极极化曲线（电位区间是-0.8～-1.8V，扫描速率1mV·s1.3电解前后阴阳质量差、电流效率根据1.1节配制出基础电解液，再分别加入不同的添加剂，待完全溶解后，电解24h，电解后立即取出阴极锡，冲洗干净后晾干并称重，计算出电解前后阴极质量差，计算电流效率。采用滴定分析法对电解前后的电解液中各成份进行检测，计算各成份浓度。1.4苯磺酸钠与sn苯磺酸钠与Sn2结果与讨论2.1res对锡电解过程的影响从CSA分子结构中官能团的角度出发，筛选出了具有1个磺酸基的SB和带有3个酚羟基的Res作为锡电解精炼的添加剂。对比观察不同电解液的实验差异，来判断SB,Res与CSA相比对锡电解精炼的作用差异。采用阴极极化曲线分析添加剂对阴极锡沉积过程的影响，结果如图1所示。图1是在不同电解液中所测得的阴极极化曲线。由图1(a）可知，在BE电解液中，Sn而在BE+CSA电解液中，随着CSA浓度从0g·L由图1(b）可知，在BE+SB电解液中，当SB的浓度增加到8g·L由图1(c）可知，随着Res浓度从10mg·L实验结果表明SB,Res对阴极锡沉积均具有一定的阻滞作用，其阻滞能力大小为：CSA>SB>Res。2.2可加有sb的电解在不同电解液中，电解24h之后得到的阴极锡宏观形貌如图2所示。由图2可知，添加有SB的电解液中，阴极锡的宏观形貌的平整度相较于BE电解液明显改善，与BE+CSA电解液的平整度相当，且更加的光亮。而添加有Res的电解液中的阴极锡形貌并未发生明显变化，说明SB能够提高阴极锡的平整度与致密性，而Res不具有这种作用。2.3影响电压论的稳定性实验前后对BE+SB电解液中各元素成分的含量进行了滴定分析，数据整理结果如表1所示。由表1中Sn从H2.4电流效率的测定分别考察SB和Res对电流效率的影响，所得到的电流效率如图3所示。由图3(a）可以看出，当SB的浓度增大到8g·L由图3(b）可以看出，当Res浓度从0g·L3复合添加剂的筛选通过以上实验，发现SB的整平性好但电流效率低，而Res作添加剂时的电流效率较高，但整平性差的特点。筛选组合出了一种复合添加剂，即Res/SB。通过对比观察添加有复合添加剂锡电解液的电化学曲线、电解液的稳定性、电流效率以及阴极锡形貌与基础电解液的差异，来判断复合添加剂与CSA相比对锡电解精炼的作用优劣。3.1不同添加剂对阴极极化曲线的影响考虑到Res的溶解度小的情况，因此仅改变SB的用量，进而得到最佳的添加剂用量配比。本文采用阴极极化曲线和Tafel曲线测试分析监测复合添加剂对阴极锡沉积过程的影响，并与BE电解液和BE+CSA电解液的数据相比较，分析结果如图4和5所示。图4是不同添加剂对阴极极化曲线的影响。从图4(a）中可以看出，在BE+Res/SB电解液中，在Res浓度一致的条件下，SB浓度逐渐增加至8g·L从图4(b）中可以看出，与BE电解液和BE+CSA电解液相比，当加入最佳浓度的Res/SB时，还原峰R1的峰值电流大小顺序为：BE电解液>BE+Res/SB电解液>BE+CSA电解液，实验结果表明：复合添加剂阻滞阴极锡沉积的能力要弱于CSA。从图5中可以看出，在不同电解液中平衡电位条件下的交换电流密度大小顺序是：BE电解液>BE+Res/SB电解液>BE+CSA电解液，结果表明：不同添加剂对阴极锡沉积的阻滞效果强弱顺序是：CSA>Res/SB，验证了上述阴极极化曲线所得到的结果。3.2在be+res/sb电解中的电化学行为在不同电解液中，电解24h之后得到的阴极锡宏观形貌如图6所示。由图6可知，而在BE+Res/SB电解液中，阴极锡的宏观形貌相较于BE电解液得到很大改善，优于BE+CSA电解液。说明复合添加剂能够改善阴极锡的形貌，提高阴极锡表面的平整性和致密度。3.3测定结果及分析实验前后对不同电解液中各元素成分的含量进行了滴定分析，数据整理结果如表2所示。从表2中可以看出，电解前后BE+Res/SB电解液中Sn3.4剂浓度对锡电解过程电流效率的影响在BE+Res/SB电解液中，考察复合添加剂浓度对锡电解精炼电流效率的影响，所得到的电流效率如图7所示。由图7可以看出，当Res/SB浓度从0增加到0.03/8g·L4锡氧化精炼工艺参数的优化为进一步探索复合添加剂的最优工艺参数，又对电解液中的硫酸浓度、硫酸亚锡浓度、温度及电流效率深入探究。4.1响应分析研究实验对电解液中不同硫酸浓度对电流效率和阴极锡宏观形貌的影响进行了研究。实验初始浓度为硫酸亚锡24g·L从图8中可知，随着硫酸浓度从20g·L从图9中可知，电解液中的硫酸浓度为60g·L综上所述，电解液中硫酸浓度为60g·L4.2对不同研究品种的影响实验对电解液中不同硫酸亚锡浓度对电流效率和阴极锡宏观形貌的影响进行了研究。实验初始浓度为硫酸60g·L从图10可知，随着硫酸亚锡浓度增加到24g·L从图11中可知，硫酸亚锡浓度为24g·L综上所述，电解液中硫酸亚锡浓度为24g·L4.3温度对阳极锡电流效率的影响实验对电解液中不同温度对电流效率和阴极锡宏观形貌的影响进行了研究。实验初始浓度为硫酸60g·L从图12中可知，随着温度从20℃增加到35℃，阴极锡沉积的电流效率呈现递增的趋势，当温度超过35℃时，电流效率呈现有所减小的趋势。这是由于在20～35℃范围内，随着温度的增加，离子迁移速率加快，使得Sn从图13中可知，电解液的温度为35℃时，阴极锡的宏观形貌最平整。综上所述，电解液温度为35℃时效果最佳。4.4电流密度对电解实验的影响实验对电解液中不同电流密度对电流效率和阴极锡宏观形貌的影响进行了研究。实验初始浓度为硫酸60g·L从图14中可知，随着电流密度从40增加到100A·m从图15中可知，当电解液的电流密度为100A·m综合考虑电流效率、阴极锡宏观形貌知，当电解液的电流密度为10