一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，以及一種應用所述裝置降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，在不增加額外設備的情況下，提供一個多孔網板的設計方案來保證錫溶解罐中的錫顆粒能處于理想的流態(tài)化狀態(tài)，即錫顆粒在溶解罐中處于一種自由流動的狀態(tài)，和含有溶解氧的鍍錫液充分混合，避免局部過量氧的發(fā)生。另外同時增加混合室中錫顆粒的量，用過量的錫顆粒，保證最大的溶錫速率情況下氧氣也不會過量，同時，通過合理的鍍錫液組分的配比，使錫泥產生量降低到一個較低的水平。
【專利說明】一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝置，具體地，涉及一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，同時，本發(fā)明還涉及一種應用所述裝置降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，應用于不溶性陽極的鍍液制備。
【背景技術】
[0002]商品電鍍錫板的生產方式分為兩種:一種是使用不溶性陽極進行電鍍錫，一種是使用可溶性錫陽極進行電鍍錫。采用不溶性陽極，由于陽極電極不發(fā)生溶解，可以使陽極和被鍍鋼帶的距離保持不變，因而鍍層的厚度更均勻。同時不溶性陽極的壽命在10個月左右，這樣就避免了可溶性陽極必須班班更換的繁重的體力勞動和承受現場開放式的惡劣操作環(huán)境的影響。
[0003]采用不溶性陽極電鍍錫的方法與可溶性陽極的最大不同是不溶性陽極鍍錫必須有一個進行鍍錫液制備的裝置。這是一個化學溶解錫的過程，通過吹氧加速錫氧化成Sn2+，但不可避免將產生Sn4+，即錫泥。
[0004]鍍錫液制備的裝置是一個內部充填有金屬錫粒子，有鍍液高速流動和吹入氧氣使錫發(fā)生溶解的金屬錫溶解罐。當金屬錫粒子遇到氧時其表面就會生成氧化亞錫，氧化亞錫與鍍錫液中的H+反應就生成我們需要的二價錫離子。過量的溶解氧又會與氧化亞錫反應生成氧化錫，由于氧化錫是不溶性的，所以就成為鍍錫液中的淤泥，它的存在不僅會影響電鍍的質量，同時也是一種錫資源損失的表現形式。
[0005]可溶性陽極電鍍錫由于沒有這種錫粒子和氧的強制性接觸，它所產生的錫泥中錫的含量一般占總的錫金屬的使用量的0.5~1.5%(錫泥中含有的錫/溶解錫)，而不溶性陽極在4~12%。因此，降低不溶性陽極電鍍錫的錫泥損耗就成為該技術的一種追求。也是目前不溶性陽極電鍍錫技術沒有得到廣泛應用的原因。
[0006]事實上，錫泥的來源由兩方面的原因造成，一是不溶性陽極工藝所面臨的獨有的制錫過程中錫離子和純氧氣的強制性接觸；另一方面是這二種工藝都要面對的電鍍錫過程，電鍍的過程會產生氧氣，同時由于鍍錫液是在開口的槽罐中運行的，在電鍍的過程中勢必會和空氣接觸，因此電鍍的過程也會產生錫泥。世界上所有商業(yè)化的鍍錫生產線其可溶性陽極電鍍錫所產生的錫損耗率即錫泥中錫的含量占總的錫金屬的使用量(錫泥中含有的錫+金屬錫的消耗量)的百分比為0.5^1.5%，而不溶性陽極電鍍錫由于還有一個制錫過程，所有錫泥中錫的含量占總的錫金屬的使用量的百分比在4~12%。因此，降低不溶性陽極電鍍錫的錫泥損耗就成為該技術的一種追求。也是目前不溶性陽極電鍍錫技術沒有得到廣泛應用的原因。
[0007]為了抑制錫溶解罐中的氧化亞錫進一步氧化成氧化錫沉淀而在鍍液中生成錫泥，目前主要存在如下專利文獻: [0008]專利文獻1:特開平3—180493號公報提出了對金屬離子進行機械攪拌以加速錫的溶解速度，從而減少錫泥的發(fā)生量。實際上，機械攪拌的主要作用是使錫顆粒與吹入的氧氣和流動的鍍錫液更充分的均勻混合。該方法增加了設備投資，同時，在錫顆粒溶解罐有很大壓力的情況下，攪拌器旋轉軸穿過溶解罐部位的動態(tài)密封就顯得十分重要，連續(xù)工作狀態(tài)下正常工作的可靠性難以保證。增加的攪拌器也增加了能源的額外消耗。
[0009]專利文獻2:特開平一 131399號公報提出向混合室中的金屬錫粒子供給溶解氧為300ppm以下的電鍍液，減少過量氧情況的發(fā)生來減少錫泥的發(fā)生量。專利文獻3:CN1993502A提供了一種將錫離子濃度控制在目標上下限之間，從而使錫離子生成速度接近錫離子的平均預定消耗速度，因而可以減少錫泥的產生的方法。該方法是在調整氧的吹入量的時候，根據鋼帶的運行速度計算出錫離子預定消耗速度隨時間的變化量，每隔預定時間對所述錫離子生成速度進行劃分，將在各劃分的區(qū)間已經平均化的錫離子生成速度設定為平均隨時間的變化量，以此來調整氧的吹入量，使得平均隨時間的變化量相適應的錫離子濃度成為不超過控制目標上下限的錫離子生成速度。上述兩個專利文獻都是從如何減少過量的氧氣吹入量入手來減少錫泥的產生，但方法繁瑣且控制方法復雜，對控制精度要求較高，實施難度較大。
【發(fā)明內容】

[0010]為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，以及一種應用所述裝置降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，在不增加額外設備的情況下，提供一個多孔網板的設計方案來保證錫溶解罐中的錫顆粒能處于理想的流態(tài)化狀態(tài)，即錫顆粒在溶解罐中處于一種自由流動的狀態(tài)，和含有溶解氧的鍍錫液充分混合，避免局部過量氧的發(fā)生。另外同時增加混合室中錫顆粒的量，用過量的錫顆粒，保證最大的溶錫速率情況下氧氣也不會過量，同時，通過合理的鍍錫液組分的配比，使錫泥產生量降低到一個較低的水平。
[0011]為達到上述目的，本發(fā)明主要采用如下技術方案:
[0012]一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，所述裝置包括電鍍錫單元和錫溶解單元，
[0013]所述電鍍錫單元包括電鍍槽，所述電鍍槽一端通過管線分別與第二循環(huán)泵和第三閥門連接；
[0014]所述錫溶解單元包括錫溶解罐，所述錫溶解罐通過管線與氧氣供應裝置、第一循環(huán)泵、鍍液儲存槽以及第一閥門形成閉合連接，所述錫溶解罐包括依次設置的分離室、混合室和分布室；
[0015]所述電鍍槽通過管線與鍍液儲存槽連接，所述第二循環(huán)泵和第三閥門并聯后通過第四閥門與鍍液儲存槽連接，其特征在于:
[0016]所述混合室和分布室之間設置有多孔網板，所述多孔網板包括第一網板和第二網板。
[0017]根據本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，采用的是，所述分布室和氧氣供應裝置之間設置有第三壓力表。
[0018]根據本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，采用的是，所述混合室與第一壓力計連接，所述分離室與第一閥門之間設置有第二壓力計，所述分離室與第一閥門之間還設置有流量計。
[0019]根據本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，采用的是，所述氧氣供應裝置和鍍液儲存槽之間還設置有第二閥門，所述第二閥門與第一循環(huán)泵形成并聯連接。
[0020]根據本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，采用的是，所述第二網板設置于第一網板上方，所述第一網板厚度為2(T30mm，孔徑為6~8mm，開孔率為28~32%，所述第二網板厚度為2~5mm，孔徑大于O且小于2.5mm。
[0021]根據本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，采用的是，所述第一網板和第二網板之間通過螺栓連接。
[0022]同時，本發(fā)明還提供一種應用所述降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟:
[0023](A)、向混合室(102)內加入錫顆粒，所述錫顆粒的加入量通過如下方法確定:
[0024]混合室中錫顆粒的加入量 > 氧氣吹入量+吹氧強度
[0025]上式中，氧氣吹入量為300~1000Nl/min，吹氧強度為65~120L/min.t ；
[0026](B)、將鍍液輸入錫溶解罐(1)，將氧氣按照步驟(A)中的氧氣吹入量和吹氧強度吹入分布室(103)內與鍍液混合，混有氧氣的鍍液穿過多孔網板(11)進入混合室(102)，溶解混合室(102)內的錫顆粒，形成鍍錫液，最終，生成的鍍錫液從分離室(101)頂部出口排出錫溶解罐(I)；
[0027](C)、觀測第一壓`力計(5)中的數值？1、第二壓力計(6)中的數值己以及流量計
(13)中的流速數值，根據壓差，即P1-P2的值，以及流速數值，確定錫顆粒是否處于均勻混合的狀態(tài)；
[0028](D)、保持第一網板(1101)的開孔率不變，然后重復步驟(A)~(C)，通過調整第二網板(1102)的開孔率，使得多孔網版11的開孔率達到穩(wěn)定臨界開孔率，最終使錫顆粒與鍍液達到均勻混合狀態(tài)。
[0029]根據本發(fā)明所提供的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，采用的是，所述錫顆粒的直徑為2.5~3mm，所述穩(wěn)定臨界開孔率為4~15%，所述壓差的范圍為
0.48~0.50MPa，所述流速數值的范圍為2.35~2.50m3/h。
[0030]根據本發(fā)明所提供的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，采用的是，所述鍍液為甲基磺酸鹽鍍液，所述甲基磺酸鹽鍍液包括如下組分:甲基磺酸鹽濃度65~75ml/l，添加劑濃度25~35ml/l，抗氧化劑濃度15~25ml/l。
[0031]根據本發(fā)明所提供的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，采用的是，所述混合室中錫顆粒加入量范圍為51噸。
[0032]本發(fā)明的有益效果在于:
[0033]I)、在錫溶解罐的分布室和混合室之間設置一個多孔網板，從而保證錫溶解罐中的錫顆粒能處于理想的良好的均勻混合狀態(tài)，從而使錫顆粒在溶解罐中處于一種自由流動的狀態(tài)，和含有溶解氧的鍍液充分混合，避免局部區(qū)域的氧過量，降低錫泥產生量；
[0034]2)、引入“吹氧強度”的指標來指導對混合室內錫顆粒加入量的控制，從而通過使用過量的錫顆粒，來保證最大的溶錫速率情況下，氧不會過量；
[0035]3)、通過特定配比及組分的甲基磺酸鹽鍍液，進一步有效抑制錫泥的產生量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0036]圖1為鍍液通過不同開孔率網板時錫顆粒層的總壓降與表觀流速的關系示意圖。
[0037]圖2為本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置的結構示意圖。
[0038]圖3為本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置中多孔網板的結構示意圖。
[0039]圖1中，A、局部固定錫顆粒層，B、局部流化錫顆粒層，C、局部嗔涌錫顆粒層，α、實時開孔率，α ?、穩(wěn)定臨界開孔率，Umf、臨界流化態(tài)速度。
[0040]圖2中，1、錫溶解罐，101、分離室，102、混合室，103、分布室，2、第一循環(huán)泵，3、氧氣供應裝置，4、第三壓力計，5、第一壓力計，6、第二壓力計，701、第一閥門，702、第二閥門，703、第三閥門，704、第四閥門，8、鍍液儲存槽，9、第二循環(huán)泵，10、電鍍槽，11、多孔網板，12、
管線，13、流量計。
[0041]圖3中，1101、第一網板，110 2、第二網板。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖對本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置及其方法作進一步的解釋說明。
[0043]本發(fā)明所提供的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置的結構如下:
[0044]如圖2所示,所述裝置包括電鍍錫單元和錫溶解單元,所述電鍍錫單元包括電鍍槽10，所述電鍍槽10 —端通過管線12分別與第二循環(huán)泵9和第三閥門704連接，所述錫溶解單元包括錫溶解罐I，所述錫溶解罐I通過管線12與氧氣供應裝置3、第一循環(huán)泵2、鍍液儲存槽8以及第一閥門701形成閉合連接，所述錫溶解罐I包括依次設置的分離室101、混合室102和分布室103，所述分布室103和氧氣供應裝置3之間設置有第三壓力計4，所述氧氣供應裝置3和鍍液儲存槽8之間還設置有第二閥門702，所述第二閥門702與第一循環(huán)泵2形成并聯連接，所述分離室101與第一閥門701之間還設置有流量計13。
[0045]所述電鍍槽10通過管線12與鍍液儲存槽8連接，所述第二循環(huán)泵9和第三閥門703并聯后通過第四閥門704與鍍液儲存槽8連接，所述混合室102與第一壓力計5連接，所述分離室101與第一閥門701之間設置有第二壓力計6，所述混合室102和分布室103之間設置有多孔網板11，所述多孔網板11包括第一網板1101和第二網板1102,所述第一網板1101和第二網板1102之間通過螺栓連接，在第一網板1101和第二網板1102的中心設一個緊固螺栓，在網板中心至邊緣的中間位置按60°角度平均設6個緊固螺栓，這樣即保證了復合緊密，又拆卸方便。第二網板1102邊緣的安裝可利用原有不銹鋼絲網的安裝方式。
[0046]其中，所述第二網板1102設置于第一網板1101上方,所述第一網板1101厚度為2(T30mm，孔徑為6~8mm，開孔率為28~32%，所述第二網板1102厚度為2~5mm，孔徑大于O且小于 2.Smnin
[0047]本發(fā)明所使用的第一網板1101和第二網板1102應用于工業(yè)化生產裝置上。
[0048]本發(fā)明提供了錫溶解罐I中最重要的一個部件一多孔網板11的設計方案來保證錫溶解罐中的錫顆粒與吹入的氧氣和流動的鍍錫液更充分的均勻混合，避免局部的過量氧，使錫泥發(fā)生量更低。其中的多孔網板11是一種組合式的復合結構，它是由二塊獨立的多孔網板組成。
[0049]其中一塊網板，即第一網板1101，稱之為基礎網板，其功能是承載溶解罐內的錫顆粒和鍍液的重量以及高的罐內壓力。因此該網板必須有一定的厚度。經驗告訴我們，其厚度在2(T30mm，為了加工方便可以將孔開的比較大一點，孔的直徑一般在6~8mm，其開孔率必然很大，一般在28~32%，是屬于低壓降的多孔網板。
[0050]另外一塊，即第二網板1102，可以稱之為“穩(wěn)定均勻混合網板”，由于不需要承載重量，板的厚度可以比較薄，其功能是它與基礎網板(即第一網板1101)復合后形成的開孔率應達到穩(wěn)定臨界開孔率的要求。由于錫顆粒的直徑一般在3_左右，因此第二網板1102的孔徑須小于2.5mm,以防止錫顆粒漏到分布室103中。由于該網板的孔比較小并且密集，加工時會造成網板變形翹曲，因此該網板又不能太薄，板厚一般在2~5_，以加工完成后不變形為準。
[0051]其中上述兩塊網板在錫溶解罐內必須緊密復合在一起。因為二者之間若有空隙，開孔率就會發(fā)生變化，整個罐的良好的均勻混合狀態(tài)就會改變。同時，二塊板之間的空隙會被錫泥堵住。復合后的多孔網板11的穩(wěn)定臨界開孔率的實現是保證錫顆粒在錫溶解罐內自由流動，與含有溶解氧的鍍液充分混合的關鍵。本發(fā)明經過試驗驗證，在錫顆粒直徑為
2.5"3mm時，其穩(wěn)定臨界開孔率在4~15%。
[0052]要達到低的錫泥量，僅有好的多孔網板是不夠的，好的多孔網板只能避免局部區(qū)域的氧過量，它還需要通過總體氧氣的不過量來配合，因此，本發(fā)明提供了另外一種防止氧氣過量的方法，它不需要繁瑣的控制方法，與專利文獻2、3的方法不同，本發(fā)明以錫顆粒量的過量來保證氧氣的不過量。本發(fā)明引入一種“吹氧強度”的量來指導對錫顆粒重量的控制，所述“吹氧強度”，即I噸金屬錫粒對應吹入多少氧氣量(單位為標Nl/min，即標準升每分鐘)，在錫顆粒重量大于用“吹氧強度”值計算出的錫顆粒重量的情況下，錫泥的發(fā)生量最少。以MSA鍍液為例，在溶錫壓力0.6^0.8MPa，混合室內鍍液流速10(Tl50mm/S，混合室中的錫顆粒重量應按大于5(Tl00Nl/min.t計算出的錫顆粒量控制。即
[0053]混合室中錫顆粒加入量 > 氧氣吹入量+吹氧強度
[0054]同時，本發(fā)明是基于不溶性陽極MSA鍍液的低錫泥損耗的控制方法，制備鍍錫液過程中，MSA鍍液(即甲基磺酸鹽鍍液)的各種組分的配比對錫泥的產生量起到很大的影響。本發(fā)明采用的鍍液添加劑是商品TP-G7，在制錫過程中須滿足以下組分配比條件方能得到低錫泥損耗。
[0055]
【權利要求】
1.一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，所述裝置包括電鍍錫單元和錫溶解單元， 所述電鍍錫單元包括電鍍槽(10)，所述電鍍槽(10)—端通過管線(12)分別與第二循環(huán)泵(9)和第三閥門(704)連接； 所述錫溶解單元包括錫溶解罐(1 )，所述錫溶解罐(I)通過管線(12)與氧氣供應裝置(3 )、第一循環(huán)泵(2 )、鍍液儲存槽(8 )以及第一閥門(701)形成閉合連接，所述錫溶解罐(I)包括依次設置的分離室(101 )、混合室(102)和分布室(103); 所述電鍍槽(10 )通過管線(12)與鍍液儲存槽(8 )連接，所述第二循環(huán)泵(9 )和第三閥門(703)并聯后通過第四閥門(704)與鍍液儲存槽(8)連接，其特征在于: 所述混合室(102)和分布室(103)之間設置有多孔網板(11)，所述多孔網板(11)包括第一網板(1101)和第二網板(1102)。
2.根據權利要求1所述的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，其特征在于所述分布室(103 )和氧氣供應裝置(3 )之間設置有第三壓力計(4 )。
3.根據權利要求1所述的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，其特征在于所述混合室(102)與第一壓力計(5)連接，所述分離室(101)與第一閥門(701)之間設置有第二壓力計(6)，所述分離室(101)與第一閥門(701)之間還設置有流量計(13)。
4.根據權利要求1所述的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，其特征在于所述氧氣供應裝置(3)和鍍液儲存槽(8)之間還設置有第二閥門(702)，所述第二閥門(702)與第一循環(huán)泵(2)形成并聯連接。
5.根據權利要求1所述的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，其特征在于所述第二網板(1102)設置于第一網板(1101)上方，所述第一網板(1101)厚度為20~30mm，孔徑為6~8mm，開孔率為28~32%，所述第二網板(1102)厚度為2~5mm，孔徑大于O且小于2.5mmο
6.根據權利要求1或5所述的一種用于降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的裝置，其特征在于所述第一網板(1101)和第二網板(1102)之間通過螺栓連接。
7.一種應用權利要求1所述的裝置降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (A)、向混合室(102)內加入錫顆粒，所述錫顆粒的加入量通過如下方法確定: 混合室中錫顆粒的加入量 > 氧氣吹入量+吹氧強度 上式中，氧氣吹入量為30(Tl000Nl/min，吹氧強度為65~120L/min.t ； (B)、將鍍液輸入錫溶解罐(1)，將氧氣按照步驟(A)中的氧氣吹入量和吹氧強度吹入分布室(103)內與鍍液混合，混有氧氣的鍍液穿過多孔網板(11)進入混合室(102)，溶解混合室(102)內的錫顆粒，形成鍍錫液，最終，生成的鍍錫液從分離室(101)頂部出口排出錫溶解罐(1); (C)、觀測第一壓力計(5)中的數值P1、第二壓力計(6)中的數值P2以及流量計 (13)中的流速數值，根據壓差，即P1-P2的值，以及流速數值，確定錫顆粒是否處于均勻混合的狀態(tài)； (D)、保持第一網板(1101)的開孔率不變，然后重復步驟(A)~(C)，通過調整第二網板(1102)的開孔率，使得多孔網版11的開孔率達到穩(wěn)定臨界開孔率，最終使錫顆粒與鍍液達到均勻混合狀態(tài)。
8.根據權利要求7所述的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，其特征在于:所述錫顆粒的直徑為2.5~3mm，所述穩(wěn)定臨界開孔率為4~15%，所述壓差的范圍為0.48~0.50MPa，所述流速數值的范圍為2.35~2.50m3/h。
9.根據權利要求7所述的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，其特征在于:所述鍍液為甲基磺酸鹽鍍液，所述甲基磺酸鹽鍍液包括如下組分:甲基磺酸鹽濃度65~75ml/l，添加劑濃度25~35ml/l，抗氧化劑濃度15~25ml/l。
10.根據權利要求7所述的一種降低鍍錫液制備過程中錫泥產生量的方法，其特征在于:所述混合室中錫顆粒加入量范圍為51噸。
【文檔編號】C25D21/14GK103668419SQ201210315873
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月30日 優(yōu)先權日:2012年8月30日
【發(fā)明者】黃邦霖, 李鵬 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司