硫酸锌溶液的电解

1、v5.1 锌电解液成分及锌电积生产过程锌电解液成分及锌电积生产过程v5.2 锌电积过程的理论基础锌电积过程的理论基础v5.3 锌电解车间的主要生产设备及布置锌电解车间的主要生产设备及布置v5.4 锌电解的正常操作锌电解的正常操作v5.5 锌电解生产的主要技术条件与指标分锌电解生产的主要技术条件与指标分析析v5.6 阴极锌熔铸阴极锌熔铸 24224O SOH Zn OH ZnSO21 锌的电解沉积是湿法炼锌的最后一个工序，是用电解的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。方法从硫酸锌水溶液中提取纯金属锌的过程。与铜电解精炼与铜电解精炼的异同之处？的

2、异同之处？5.1 5.1 锌电解液成分及锌电积生产过程锌电解液成分及锌电积生产过程 锌电积的电解液的主要成份为锌电积的电解液的主要成份为ZnSO4、H2SO4和和H2O，并含有微量杂质金属铜、镉、钴等的硫酸盐。对于纯硫酸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：锌溶液，通以直流电时，发生的电极反应为： 阴极阴极 Zn2+ + 2e = Zn 阳极阳极 H2O - 2e = 1/2O2 + 2H+ 电解槽内发生的总反应为：电解槽内发生的总反应为： Zn2+ + H2O = Zn + 1/2O2 + 2H+5.2 5.2 锌电积过程的理论基础锌电积过

3、程的理论基础 在锌电积时移向阴极的正离子主要有在锌电积时移向阴极的正离子主要有Zn2+、H+。因此，。因此，在阴极上可能进行如下两个主要反应：在阴极上可能进行如下两个主要反应： Zn2+ + 2e = Zn E Zn2+/Zn = -0.763 V 2H+ + 2e = H2 E H+/H2 =0.0 V 电化学理论：较正电位的离子优先在阴极上放电析出电化学理论：较正电位的离子优先在阴极上放电析出在实际的电积锌过程中，必须考虑由极化现象而产生电极在实际的电积锌过程中，必须考虑由极化现象而产生电极反应的超电压（反应的超电压（ ）对实际析出电位的影响。）对实际析出电位的影响。 （1） Zn2+ Z

4、n的极化作用很小，故析出锌的超电位可以忽略不计；的极化作用很小，故析出锌的超电位可以忽略不计； （2） 氢在锌阴极上析出的超电位很大（约氢在锌阴极上析出的超电位很大（约1.1V）。）。E Zn = -0.763 - Zn = -0.763 V E H2 =0 - H =-1.1 V 氢析出超电压氢析出超电压与与阴极材料、阴极表面状态、电流密度、阴极材料、阴极表面状态、电流密度、电解液温度、添加剂及溶液成份电解液温度、添加剂及溶液成份等因素有关。氢的超电压随等因素有关。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电流密度的增大、电解液温度的下降以及添加胶等而增大增大，随着电解液酸度

5、的提高和中性盐浓度的增加而随着电解液酸度的提高和中性盐浓度的增加而降低降低，当溶液，当溶液中加有铜、锑、铁、钴等中加有铜、锑、铁、钴等大大降低大大降低超电压。超电压。 在锌电积过程中，氢气析出不可避免。为了提高锌的电在锌电积过程中，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。流效率，必须设法提高氢析出超电压。 2OH- 2e = H2O + 1/2O2 E=0.401VSO4 2- 2e = SO3 + 1/2O2 E= 2.42 V电化学理论：在阳极上较负电位的离子优先放电电化学理论：在阳极上较负电位的离子优先放电因此，在阳极发生的主要是因此，在阳极发生的主要是0H-的

6、放电析出氧气的反应，随着反应的的放电析出氧气的反应，随着反应的进行溶液中进行溶液中H不断增加，从而与硫酸根离子结合形成硫酸，这是锌焙砂浸不断增加，从而与硫酸根离子结合形成硫酸，这是锌焙砂浸出过程中所需要的，出过程中所需要的，保证了整个锌冶金过程的酸平衡。保证了整个锌冶金过程的酸平衡。阳极上主要有两类反应：一是阳极上主要有两类反应：一是铅阳极少量氧化溶解铅阳极少量氧化溶解；二是；二是析出氧气析出氧气。同氢在阴极析出一样，氧在阳极析出也有超电位存在；不同氢在阴极析出一样，氧在阳极析出也有超电位存在；不同的时，生产中力求降低氧的超电位已提高电能效率。同的时，生产中力求降低氧的超电位已提高电能效率。阳

7、极上放出的氧，消耗于三个方面：阳极上放出的氧，消耗于三个方面： （1）大部分氧在阳极表面形成气泡，并吸附少量的酸和水）大部分氧在阳极表面形成气泡，并吸附少量的酸和水逸出电解槽形成酸雾，使设备腐蚀，劳动条件恶化；逸出电解槽形成酸雾，使设备腐蚀，劳动条件恶化； （2）小部分氧与阳极表面作用，参与形成过氧化铅）小部分氧与阳极表面作用，参与形成过氧化铅（PbO2）阳极膜，形成阳极钝化而起不溶性阳极的作用，并）阳极膜，形成阳极钝化而起不溶性阳极的作用，并保护阳极不受腐蚀。保护阳极不受腐蚀。（阳极镀膜）（阳极镀膜）（3）一部分氧与溶液中二价锰作用形成高锰酸和二氧化锰，）一部分氧与溶液中二价锰作用形成高锰酸

8、和二氧化锰，其反应为：其反应为： 2MnSO4 + 3H2O + 5O2 2HMnO4 + 2H2SO4 该反应生成的该反应生成的MnO4-使无色硫酸锌溶液变成使无色硫酸锌溶液变成紫红色紫红色。 高锰酸继续与硫酸锰作用：高锰酸继续与硫酸锰作用： MnSO4+HMnO4+2H2O 5MnO2+3H2SO4 生成的生成的MnO2，一部分沉于槽底形成阳极泥，一部分沉于槽底形成阳极泥，一部分一部分附于阳极表面形成比较致密的附于阳极表面形成比较致密的MnO2薄膜，保护阳极不受薄膜，保护阳极不受腐蚀。（腐蚀。（） 在正常条件下，氧的析出约占阳极总电流的在正常条件下，氧的析出约占阳极总电流的98%，Mn2+

9、氧化生成氧化生成MnO2约占约占1%。 铅阳极溶解反应：铅阳极溶解反应： 阳极可能发生的反应有以下四个：阳极可能发生的反应有以下四个：（1）Pb + SO42- 2e = PbSO4 E =-0.356V （2）PbSO4 + 2H2O 2e = PbO2 + 4H+ + SO42- E =1.685V（3）Pb + 2H2O 4e = PbO2 E =0.655V（4）2OH- 2e = H2O + 1/2O2 E=0.401V (超电位较高超电位较高)首先发生反应（首先发生反应（1），铅溶解并生成硫酸铅，由于硫酸铅的溶解度很小，），铅溶解并生成硫酸铅，由于硫酸铅的溶解度很小，便开始在阳极表

10、面结晶析出，直到整个硫酸铅膜覆盖整个阳极表面时为止，便开始在阳极表面结晶析出，直到整个硫酸铅膜覆盖整个阳极表面时为止，然后开始发生反应（然后开始发生反应（4），但因氧的析出超电位较高，所以实际先发生反应），但因氧的析出超电位较高，所以实际先发生反应（3）和（）和（2），即铅直接氧化或二价铅离子的再氧化成四价状态，生成二），即铅直接氧化或二价铅离子的再氧化成四价状态，生成二氧化铅。二氧化铅逐步将硫酸铅膜所替代，此过程为氧化铅。二氧化铅逐步将硫酸铅膜所替代，此过程为阳极镀膜。阳极镀膜。二氧化铅成为进行正常阳极反应，即氧析出过程的工作表面。二氧化铅成为进行正常阳极反应，即氧析出过程的工作表面。 电解

11、液中微量杂质的存在，能改变电极和溶液界面的结电解液中微量杂质的存在，能改变电极和溶液界面的结构，直接影响到析出锌的结晶状态，降低电流电效率及电锌构，直接影响到析出锌的结晶状态，降低电流电效率及电锌质量。质量。电解液中的杂质可分为三类：电解液中的杂质可分为三类：1、比锌正电性的杂质：、比锌正电性的杂质：Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Cd、As、Sb2、比锌负电性的杂质：、比锌负电性的杂质：K、Na、Ca、Mg、Al、Mn3、阴离子：、阴离子：F-、Cl-铅、镉、锡、铋铅、镉、锡、铋较锌优先放电并在阴极上沉积析出，降较锌优先放电并在阴极上沉积析出，降低电锌质量。低电锌质量。 铁、铜、钴、镍铁、铜、

12、钴、镍在阴极上较锌优先析出，降低电锌质量，在阴极上较锌优先析出，降低电锌质量，在阴极上造成各种在阴极上造成各种“烧板烧板”现象，显著降低电解锌生产的电流现象，显著降低电解锌生产的电流效率从而使产品的电耗增大。效率从而使产品的电耗增大。 锗、砷、锑锗、砷、锑严重地降低电流效率和增加电能消耗。锗与锑严重地降低电流效率和增加电能消耗。锗与锑共存时危害加剧，锗、锑还会加剧其它杂质的危害。锗、砷、共存时危害加剧，锗、锑还会加剧其它杂质的危害。锗、砷、锑都会使阴极锌起皱，严重时产生蜂窝状或海绵状沉积物，严锑都会使阴极锌起皱，严重时产生蜂窝状或海绵状沉积物，严重降低电锌质量。向电解液中加入胶质，可不同程度地

13、消除锗重降低电锌质量。向电解液中加入胶质，可不同程度地消除锗与锑的危害。与锑的危害。 钾、钠、铝、镁、钙钾、钠、铝、镁、钙等杂质比锌更负电性，在电积时不等杂质比锌更负电性，在电积时不在阴极析出，因此在阴极析出，因此对锌化学成分影响不大对锌化学成分影响不大。但这类杂质。但这类杂质在富集后会使电解液的粘度和电阻增大而增加电能消耗，在富集后会使电解液的粘度和电阻增大而增加电能消耗，特别是镁。当钙含量过高时，易形成硫酸钙与硫酸锌的特别是镁。当钙含量过高时，易形成硫酸钙与硫酸锌的共结晶，造成冷却器和管道的结垢现象，阻塞管道，影共结晶，造成冷却器和管道的结垢现象，阻塞管道，影响操作。响操作。 锰锰离子除上

14、述不良影响外，离子除上述不良影响外，MnMn7+7+离子会使砷、锑危害更离子会使砷、锑危害更严重。但严重。但锰还有有益的作用锰还有有益的作用，如生成，如生成MnOMnO2 2对铅阳极有一对铅阳极有一定的保护作用，同时可以吸附砷、锑、钴，减少他们的定的保护作用，同时可以吸附砷、锑、钴，减少他们的危害。危害。 氯离子氯离子会腐蚀阳极，使阴极锌的含铅量增加而降低电锌质会腐蚀阳极，使阴极锌的含铅量增加而降低电锌质量，同时缩短阳极寿命。量，同时缩短阳极寿命。Pb + 6H+ + ClO3- Pb2+ + Cl- + 3H2O 当有当有MnO2存在时，可抑制氯离子的危害。存在时，可抑制氯离子的危害。MnO2 + 4H+ + 2