硫酸亚锡的制备与应用研究进展

胡仕鹏

摘要：硫酸亚锡电解体系在锡电解精炼中应用最广泛。介绍了硫酸亚锡的制备及其应用的研究进展，研究硫酸亚锡对促进工业安全和可持续发展具有重要意义。

关键词：硫酸亚锡;制备;应用

引言

硫酸亚锡主要应用于各种金属和合金的表面处理、印制电路板和其它化工行业。与其它锡电解体系相比，硫酸盐体系具有析氢少、电能消耗小、电流效率高、成本低等优点，因此被认为是目前应用最广泛的一种生产工艺。本研究主要对硫酸亚锡的制备和应用进行综述整理。

1 硫酸亚锡的制备方法

1.1化学法

1.1.1氧化亚锡一硫酸合成法

硫酸铁合成法的主要反应是：

Sn+2Cl2=SnCl4

SnCl4+ Sn=2SnCl2

SnCl2+Na2CO3-SnO↓+2 NaCl+CO2↑

H2SO4=SnSO4+H2O=SnSO4

首先把SnCl2转化成SnO，再用Cl-再合成SnSO4，结果较直接沉淀法得到了较好的纯度，因此在工业上得到了广泛的应用。但缺点是：设备投资较大;产品纯度仅为90.4%，锡的利用率为70%等[1]。鉴于以上不足，对该方法进行了改进，将用于反应中的沉淀剂Na2CO3改为NH4HCO3：

SnCl2+2NH4HCO3=SnO↓+2NH4Cl+2CO2↑+H2O

通过这种方法，得到的SnO沉淀颗粒粗大、疏松，便于过滤、清洗，大大减少了去离子水的用量和SnO因过滤清洗造成的损失，而且NH4HCO3的实际价格远低于Na2HCO3，经济效益显著提高，产品纯度达到98%。

1.1.2低超电位材料直接法

该方法为利用原电池原理，加速金属锡在硫酸溶液中溶解。使用贵金属材料，如铂、锗、金，作为正极，锡金作负极组成原电池。该电极反应如下：

负极（Sn）：Sn-2e=Sn2+

正极（R）：2H++2e=H2↑

总反应：Sn+H2SO4=SnSO4+H2

锡在硫酸中溶解，这是因为氢对贵金属的电压很低。

硫酸的起始浓度在2.0～2.4mol/L左右，转化率可达90%以上，不消耗其它原料，产品纯度高，晶形好。用该方法制备的硫酸亚锡质量最好，并有良好的化学性能[2]。

1.2电化学法

1.2.1微孔性隔膜电解法

电解法制备时所用的微孔性隔膜材料主要有素烧法和聚乙烯微孔膜两种，即阻止离子的对流和扩散。微孔性隔膜电解法的电流效率是直接电解法的两倍，即使膜电阻使槽压升高，能耗也大大降低，产品纯度可达99%以上。微孔膜片成型及安装方便，能耗低，目前已廣泛应用于工业生产。

1.2.2阴离子隔膜电解法

徐志峰（2018）等研究发现，离子膜具有选择性离子透过功能，是由大分子电解质不溶于任何溶剂而成的导电膜。聚乙烯异相阴离子交换膜，在溶液中溶胀后形成许多细小的、弯曲的、横过膜两面的离子通道，通道四周分布着带正电的固定离子离子通道[3]。膜片既防止了两极性阳离子的对流与扩散，又阻止了其电迁移。该工艺的电流效率和产品纯度均超过99%，是目前最具优势的电化学方法。

2 硫酸亚锡的应用

2.1硫酸亚锡用于环保添加剂

锡是一种在常温下稳定的金属，与空气接触后，其表面容易形成氧化膜。另外，锡能与卤素、硫磺等物质反应，加热也能加速其氧化反应。但锡的溶解性较差，微溶于水，在稀酸中溶解缓慢，但在浓酸中溶解快，可溶于强碱性溶液。高纯锡是一种用途非常广泛的功能材料。它具有良好的电导率、耐腐蚀、低成本、易加工、易涂覆等特点，使其在电子、食品、医药、轻工、汽车、家电等行业得到了广泛的应用，在最优工艺条件下，采用苯磺酸钠-白藜芦醇作为锡电解精炼的复合添加剂。因为我国境内锡矿分布比较集中，所以我国的锡生产企业主要分布在西南地区。硫酸亚锡为主盐，其主要作用是提供亚锡离子，硫酸的主要作用是改善溶液的导电性能，防止Sn2+氧化成Sn4+这一体系的制备工艺简单，酸性硫酸盐系相较其他锡电解体系，析氢少，电能耗量低，电流效率高，成本低。

2.2硫酸亚锡用于环保水泥

硫酸亚锡吸潮能力强，在水泥中加入纯硫酸亚锡吸潮后，吸潮的硫酸亚锡易粘接起来，流动性不好，不能形成最佳的高斯分布，这个问题尤其突出。而高流动性硫酸亚锡的使用可以降低水泥中Cr6+的含量。SO3主要以石膏的形式存在于水泥胶凝体系中，李祥彦（2015）通过实践证明，一定量的石膏除对水泥凝结时间有影响外，对水泥其它物理性能指标也有一定影响，其中最为显著的是水泥的物理抗压强度[4]。该种水泥熟料中SO3的不同含量对熟料性能的影响较大。水泥熟料中加入适量的SO3，在提高水泥生料的易燃性能的同时，提高熟料对游离氧化钙（f-CaO）的吸收，保证C4A3S中C4A3S的生成，有利于保持水泥后期的水化作用强度。

2.3硫酸亚锡用于铅酸电池

由于电动车上的铅酸电池的放电倍率很大，正极活性物质的利用率很低，一般仅为30%左右。李越南（2020）为提高正极活性物质的利用率，通过添加正极板提高润湿功能和效率，降低电池的内阻，提高电池的导电性和容量[5]。硫酸亚锡加入电池正极活性物质，在充电过程中氧化成二氧化锡，而二氧化锡与β均为金刚石结构，导电性能好，可提高正极活性物质的利用率。

3 结论

本文主要对硫酸亚锡的制备方法进行归纳论述，现代锡工业生产中，除火法精炼外，电化学法生产高纯锡，其生产方法除靠火法精炼外，更多的是电化学精炼，即：用电解质溶液电化学的方法，在阴极表面沉积阳极上的粗锡，此时得到的锡纯度极高，甚至可以达到99.99%以上[6]。硫酸盐系比其它锡电解体系具有析氢少、电能消耗小、电流效率高、成本低等优点，因此成为目前应用最广泛的一种生产工艺。在硫酸亚锡的应用上，主要体现在环保添加剂、环保水泥以及铅酸电池方面，旨在可以推动锡电解工业的技术进步，实现绿色可持续发展。

参考文献：

[1]李俊华，费锡明，徐芳.2种有机添加剂对锡电沉积的影响[J].应用化学，2006，23（9）：1042-1046.

[2]徐志峰，钟晓聪，李柱，李金辉，曹才放，王成彦.一种绿色环保锡电解精炼电解液[P]中国，CN107675209A，2018.02.09.