文档介绍：5 硫酸锌溶液的电解沉积
概述
锌电积的电极反应
杂质行为、电锌质量及添加剂
电流效率、槽电压及电能消耗
锌电解车间的主要设备
阴极锌的熔铸
湿法炼锌厂的能耗及热平衡
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概述
锌的电解沉积是湿法炼锌的最后一个工序,是用电解的方法从硫酸锌水溶液中提取纯金属锌的过程。
锌的电解沉积是将净化后的硫酸锌溶液(新液)与一定比例的电解废液混合,连续不断地从电解槽的进液端流入电解槽内,~1%的铅银合金板作阳极,以压延铝板作阴极,当电解槽通过直流电时,在阴极铝板上析出金属锌,阳极上放出氧气,溶液中硫酸再生。电积时总的电化学反应为:
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随着电积过程的不断进行,溶液中的含锌量不断降低,而硫酸含量逐渐增加,当溶液中含锌达45~60 g/l、硫酸135~170 g/l时,则作为废电解液从电解槽中抽出,一部分作为溶剂返回浸出,一部分经冷却后返回电解循环使用。
电解一定周期(一般为24h)后,将阴极锌剥下,经熔铸后得到产品锌锭。
按所采用技术条件不同,锌电积有三种方法:
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国外采用低电流密度(300~400A/m2)、大阴极(~),以适应机械化、自动化作业及降低电耗。我国采用的电流密度为300~400A/m2。
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锌电积的电极反应
锌电积的电解液的主要成份为ZnSO4、H2SO4和H2O,并含有微量杂质金属铜、镉、钴等的硫酸盐。对于纯硫酸锌溶液,通以直流电时,发生的电极反应为:
阴极 Zn2+ + 2e = Zn
阳极 H2O - 2e = + 2H+
电解槽内发生的总反应为:
Zn2+ + H2O = Zn + + 2H+
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阴极反应
在锌电积的阴极区存在有Zn2+、2H+、微量Pb2+及其它杂质金属离子(Men+),通直流电时,在阴极上的主要反应有:
Zn2+ + 2e = Zn EZn2+/Zn = - V
2H+ + 2e = H2 E H+/H2 = V
在工业生产条件下,电解液的成份为H2SO4120g/l、Zn2+ 55g/l,在40℃,Zn和H2析出的平衡电位可表示为:
EZn2+/Zn = EZn2+/Zn + lnaZn2+ = - + lnaZn2+= -
EH+/H2 = E H+/H2 + lnaH+ = lnaH+ = -
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从热力学上可以看出:在阴极上析出锌之前,电位较正的氢应先析出。但在实际的电积锌过程中,由极化现象而产生电极反应的超电压(),加上这个超电压,阴极反应的析出电位应为:
E Zn = - +ln aZn2+ -Zn
E H2 =lnaH+ -H
,。
E Zn=- E H2=-
由于氢气超电压的存在,使氢的析出电位比锌负,锌优先于氢析出,从而保证了锌电积的顺利进行。
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氢析出超电压与阴极材料、阴极表面状态、电流密度、电解液温度、添加剂及溶液成份等因素有关。氢的超电压随电流密度的增大、电解液温度的下降以及添加胶等而增大,随着电解液酸度的提高和中性盐浓度的增加而降低,当溶液中加有铜、锑、铁、钴等大大降低过电压。
在锌电积过程中,氢气析出不可避免。为了提高锌的电流效率,必须设法提高氢析出超电压。
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阳极反应
~1%的铅银合金板作不溶阳极,当通直流电后,阳极上发生的主要反应是氧的析出:
2H2O - 4e = O2 + 4H+ EO2/H2O=
在上述电极反应发生之前,首先发生铅阳极的溶解,并形成PbSO4覆盖在阳极表面:
Pb –2e =Pb2+ EPb2+/Pb=
Pb + SO42- -2e = PbSO4 EPbSO4/Pb=
一部分PbSO4继续在阳极氧化为PbO2:
PbSO4 + 2H2O –2e = PbO2+ 4H+ + SO42- EPbO2/PbSO4=
未被PbSO4覆盖的表面上,铅可以直接被氧化成PbO2:
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