李子良等：酸性含汞溶液中电沉积回收汞的研究 ·1003 汞的还原.因此，为了避免H2$O3对汞的回收产生 影响，汞电沉积过程电位数值应高于0.6V. NaCl ☐Na2SO, 2H2S03+2Ht+4e=S20+3H20 (6) 4H2S03+4H+6e=S406+6H20 (7) 通过上述研究可以看出，通过控制合理的阴 极电位，溶液中Fe3+和H2SO3不会影响汞的电沉积 80 88 过程.虽然溶液中Cu+会优先汞被还原成Cu(Tu), 但是当阴极电位数值高于-0.55V时，铜并不会在 阴极沉积.综上可知，电解过程中的阴极电位数值 0.08 0.16 0.24 0.32 Concentration/(mol-L-) 应该控制在-0.45~-0.55V之间，此时溶液中的汞 图5不同电解质及浓度对汞回收效率的影响 可选择性沉积. Fig.5 Effect of different electrolytes and concentrations on mercury 2.2硫脲汞溶液电解回收汞工艺研究 recovery efficiency 2.2.1电解质的影响 造成的.此外，由于电解液中本身含有硫酸，因此 电解质在电解过程主要起到促进导电的作 添加Na2SO4不会引起额外的杂质阴离子，因此最 用，可以促进电化学反应的进行，提高电流效率 当电解质浓度较低时，电极两端的电压升高，电解 优的电解质添加量为0.24molL的Na2SO4 过程的副反应增加，造成汞回收效率的降低.因此 22.2电解液温度和搅拌速度的影响 需要考察电解质浓度对电解回收汞过程的影响. 在电解质为0.24molL和其它实验条件不变 电解质选择的原则是不参与溶液体系的反应.实 的情况下，考察不同电解液温度对汞回收效率的 验采用模拟洗涤液作为电解液，电解液体积为 影响，结果如图6(a)所示.从图中可以看出，当溶 75mL,电解温度为30℃，搅拌速率为300rmin 液温度从20℃上升到50℃时，汞的回收效率从 控制电位为-0.5V进行恒电位电解180min,以 80.4%提高到85.9%，显然提高电解液温度有利于 NaCI和Na2SO4作为添加电解质，考察不同电解浓 汞的回收.溶液温度的提高会促进溶液中Hg(Tu)42+ 度对汞回收效果的影响，其结果如图5所示.从图 向电极表面的迁移扩散过程，同时可以降低汞还 中可以看出，随着电解质浓度从0.08molL增加 原过程的活化能，提高金属汞的回收率。当电解温 到0.24molL时，汞的回收效率从80.42%上升 度升高至50℃时，溶液中硫脲稳定性变差，易分 到85.24%；继续增加至0.32molL时，汞回收效 解成硫磺沉在阴极，导致汞回收的效率的下降.同 率变化不大，这说明当电解质浓度超过0.24molL1 时温度较高时，溶液中硫脲损失率上升，不利于电 后继续增加电解质并不能提高汞的回收效率.相 解液在烟气洗涤脱汞过程中的循环利用.因此电 比于NaCl,相同浓度下Na2SO4的促进效率优于 解液温度适合选择在30~40℃之间 NaCl,其原因为相同浓度下Na2SO4转移电量更多 图6(b)为温度25℃下不同搅拌速度对汞回收 100 (a) (b) 80 2 50 里60 50 20 30 40 50 0 100 300 1000 Temperature/℃ Rotation speed/(r-min) 图6电解液温度(a)和搅拌速度(b)对汞回收效率的影响 Fig.6 Effect of the temperature of mercury electrolytes(a)and rotate speed(b)on mercury recovery efficiency汞的还原. 因此，为了避免 H2SO3 对汞的回收产生 影响，汞电沉积过程电位数值应高于−0.6 V. 2H2SO3 +2H+ +4e = S2O 2− 3 +3H2O （6） 4H2SO3 +4H+ +6e = S4O 2− 6 +6H2O （7） Cu(Tu)+ 4 通过上述研究可以看出，通过控制合理的阴 极电位，溶液中 Fe3+和 H2SO3 不会影响汞的电沉积 过程. 虽然溶液中 Cu2+会优先汞被还原成 ， 但是当阴极电位数值高于−0.55 V 时，铜并不会在 阴极沉积. 综上可知，电解过程中的阴极电位数值 应该控制在−0.45～−0.55 V 之间，此时溶液中的汞 可选择性沉积. 2.2    硫脲汞溶液电解回收汞工艺研究 2.2.1    电解质的影响 电解质在电解过程主要起到促进导电的作 用，可以促进电化学反应的进行，提高电流效率. 当电解质浓度较低时，电极两端的电压升高，电解 过程的副反应增加，造成汞回收效率的降低. 因此 需要考察电解质浓度对电解回收汞过程的影响. 电解质选择的原则是不参与溶液体系的反应. 实 验采用模拟洗涤液作为电解液，电解液体积为 75 mL，电解温度为 30 ℃，搅拌速率为 300 r·min−1 控制电位为−0.5 V 进行恒电位电解 180 min，以 NaCl 和 Na2SO4 作为添加电解质，考察不同电解浓 度对汞回收效果的影响，其结果如图 5 所示. 从图 中可以看出，随着电解质浓度从 0.08 mol·L−1 增加 到 0.24 mol·L−1 时，汞的回收效率从 80.42% 上升 到 85.24%；继续增加至 0.32 mol·L−1 时，汞回收效 率变化不大，这说明当电解质浓度超过 0.24 mol·L−1 后继续增加电解质并不能提高汞的回收效率. 相 比于 NaCl，相同浓度下 Na2SO4 的促进效率优于 NaCl，其原因为相同浓度下 Na2SO4 转移电量更多 造成的. 此外，由于电解液中本身含有硫酸，因此 添加 Na2SO4 不会引起额外的杂质阴离子，因此最 优的电解质添加量为 0.24 mol·L−1 的 Na2SO4 . 2.2.2    电解液温度和搅拌速度的影响 在电解质为 0.24 mol·L−1 和其它实验条件不变 的情况下，考察不同电解液温度对汞回收效率的 影响，结果如图 6（a）所示. 从图中可以看出，当溶 液温度从 20 ℃ 上升到 50 ℃ 时，汞的回收效率从 80.4% 提高到 85.9%，显然提高电解液温度有利于 汞的回收. 溶液温度的提高会促进溶液中 Hg(Tu)4 2+ 向电极表面的迁移扩散过程，同时可以降低汞还 原过程的活化能，提高金属汞的回收率. 当电解温 度升高至 50 ℃ 时，溶液中硫脲稳定性变差，易分 解成硫磺沉在阴极，导致汞回收的效率的下降. 同 时温度较高时，溶液中硫脲损失率上升，不利于电 解液在烟气洗涤脱汞过程中的循环利用. 因此电 解液温度适合选择在 30～40 ℃ 之间. 图 6（b）为温度 25 ℃ 下不同搅拌速度对汞回收 0.08 0.16 0.24 0.32 75 80 85 90 Mercury recovery efficiency/ % Concentration/(mol·L−1) NaCl Na2SO4 图 5    不同电解质及浓度对汞回收效率的影响 Fig.5     Effect  of  different  electrolytes  and  concentrations  on  mercury recovery efficiency 20 50 90 Hg recovery efficiency/ % Temperature/℃ 30 40 50 60 70 80 (a) Hg recovery efficiency/ % 0 25 50 75 100 0 300 1000 Rotation speed/(r·min−1) 100 (b) 图 6    电解液温度（a）和搅拌速度（b）对汞回收效率的影响 Fig.6    Effect of the temperature of mercury electrolytes (a) and rotate speed (b) on mercury recovery efficiency 李子良等： 酸性含汞溶液中电沉积回收汞的研究 · 1003 ·