硫酸鋅溶液電解PPT課件

1、5 硫酸鋅溶液的電解沉硫酸鋅溶液的電解沉積積 v5.1 鋅電解液成分及鋅電積生產(chǎn)過程v5.2 鋅電積過程的理論基礎(chǔ)v5.3 鋅電解車間的主要生產(chǎn)設(shè)備及布置v5.4 鋅電解的正常操作v5.5 鋅電解生產(chǎn)的主要技術(shù)條件與指標(biāo)分析v5.6 陰極鋅熔鑄 第1頁/共21頁24224O SOH Zn OH ZnSO21 鋅的電解沉積是濕法煉鋅的最后一個(gè)工序，是用電解的鋅的電解沉積是濕法煉鋅的最后一個(gè)工序，是用電解的方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過程。方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過程。與銅電解精煉的異同之處？第2頁/共21頁5.1 鋅電解液成分及鋅電積生產(chǎn)過程 5.1.1鋅電解液主要成分：硫酸鋅：

2、Zn2+(4060g/L)硫酸：H2SO4(110140g/L)水雜質(zhì)成分：少量金屬的硫酸鹽、部分陰離子（Cl-、F- ）。 雜質(zhì)含量（mg/L）要求： Cd0.3、Co0.3、Sb0.03、Ge0.03 、Fe10 、Cl50100 、F10 、Mn1.8g/L第3頁/共21頁 5.1.2鋅電積生產(chǎn)過程 硫酸鋅溶液的電積過程是將已經(jīng)凈化好的硫酸鋅溶液以一定比例同廢電解液混合后連續(xù)不斷地從電解槽的進(jìn)液端送入電解槽內(nèi)。鉛銀合金板（含銀1）陽極和壓延鋁板陰極，并聯(lián)交錯(cuò)懸掛于槽內(nèi)，通以直流電，在陰極析出金屬鋅，在陽極放出氧氣。隨著電積的不斷進(jìn)行電解液含鋅量逐漸減少，而硫酸含量則逐漸增加，為保證電積條

3、件的穩(wěn)定，必須不斷地補(bǔ)充新液。電積一定時(shí)間后，提出陰極板，剝下壓延鋁板上的析出鋅片送往熔鑄工序。第4頁/共21頁v5.5 鋅電解車間的主要設(shè)備第5頁/共21頁第6頁/共21頁第7頁/共21頁 5.5.5 剝鋅機(jī)第8頁/共21頁第9頁/共21頁 鋅電積的電解液的主要成份為鋅電積的電解液的主要成份為ZnSO4、H2SO4和和H2O，并含有微量雜質(zhì)金屬銅、鎘、鈷等的硫酸鹽。對(duì)于純硫酸并含有微量雜質(zhì)金屬銅、鎘、鈷等的硫酸鹽。對(duì)于純硫酸鋅溶液，通以直流電時(shí)，發(fā)生的電極反應(yīng)為：鋅溶液，通以直流電時(shí)，發(fā)生的電極反應(yīng)為： 陰極陰極 Zn2+ + 2e = Zn 陽極陽極 H2O - 2e = 1/2O2 +

4、2H+ 電解槽內(nèi)發(fā)生的總反應(yīng)為：電解槽內(nèi)發(fā)生的總反應(yīng)為： Zn2+ + H2O = Zn + 1/2O2 + 2H+5.2 鋅電積過程的理論基礎(chǔ)第10頁/共21頁5.2.1 陰極反應(yīng) 在鋅電積時(shí)移向陰極的正離子主要有在鋅電積時(shí)移向陰極的正離子主要有Zn2+、H+。因此，。因此，在陰極上可能進(jìn)行如下兩個(gè)主要反應(yīng)：在陰極上可能進(jìn)行如下兩個(gè)主要反應(yīng)： Zn2+ + 2e = Zn E Zn2+/Zn = -0.763 V 2H+ + 2e = H2 E H+/H2 =0.0 V 電化學(xué)理論：較正電位的離子優(yōu)先在陰極上放電析出電化學(xué)理論：較正電位的離子優(yōu)先在陰極上放電析出在實(shí)際的電積鋅過程中，必須考慮

5、由極化現(xiàn)象而產(chǎn)生電極在實(shí)際的電積鋅過程中，必須考慮由極化現(xiàn)象而產(chǎn)生電極反應(yīng)的超電壓（反應(yīng)的超電壓（ ）對(duì)實(shí)際析出電位的影響。）對(duì)實(shí)際析出電位的影響。 （1） Zn2+ Zn的極化作用很小，故析出鋅的超電位可以忽略不計(jì)； （2） 氫在鋅陰極上析出的超電位很大（約1.1V）。E Zn = -0.763 - Zn = -0.763 V E H2 =0 - H =-1.1 V 第11頁/共21頁 氫析出超電壓氫析出超電壓與與陰極材料、陰極表面狀態(tài)、電流密度、陰極材料、陰極表面狀態(tài)、電流密度、電解液溫度、添加劑及溶液成份電解液溫度、添加劑及溶液成份等因素有關(guān)。氫的超電壓隨等因素有關(guān)。氫的超電壓隨電流密度

6、的增大、電解液溫度的下降以及添加膠等而電流密度的增大、電解液溫度的下降以及添加膠等而增大增大，隨著電解液酸度的提高和中性鹽濃度的增加而隨著電解液酸度的提高和中性鹽濃度的增加而降低降低，當(dāng)溶液，當(dāng)溶液中加有銅、銻、鐵、鈷等中加有銅、銻、鐵、鈷等大大降低大大降低超電壓。超電壓。 在鋅電積過程中，氫氣析出不可避免。為了提高鋅的電在鋅電積過程中，氫氣析出不可避免。為了提高鋅的電流效率，必須設(shè)法提高氫析出超電壓。流效率，必須設(shè)法提高氫析出超電壓。 第12頁/共21頁 析出氧的反應(yīng)：2OH- 2e = H2O + 1/2O2 E=0.401VSO4 2- 2e = SO3 + 1/2O2 E= 2.42

7、V電化學(xué)理論：在陽極上較負(fù)電位的離子優(yōu)先放電因此，在陽極發(fā)生的主要是0H-的放電析出氧氣的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行溶液中H不斷增加，從而與硫酸根離子結(jié)合形成硫酸，這是鋅焙砂浸出過程中所需要的，保證了整個(gè)鋅冶金過程的酸平衡。陽極上主要有兩類反應(yīng)：一是陽極上主要有兩類反應(yīng)：一是鉛陽極少量氧化溶解；二是；二是析出氧氣。同氫在陰極析出一樣，氧在陽極析出也有超電位存在；不同氫在陰極析出一樣，氧在陽極析出也有超電位存在；不同的時(shí)，生產(chǎn)中力求降低氧的超電位已提高電能效率。同的時(shí)，生產(chǎn)中力求降低氧的超電位已提高電能效率。第13頁/共21頁陽極上放出的氧，消耗于三個(gè)方面：陽極上放出的氧，消耗于三個(gè)方面： （1）大部

8、分氧在陽極表面形成氣泡，并吸附少量的酸和水）大部分氧在陽極表面形成氣泡，并吸附少量的酸和水逸出電解槽形成酸霧，使設(shè)備腐蝕，勞動(dòng)條件惡化；逸出電解槽形成酸霧，使設(shè)備腐蝕，勞動(dòng)條件惡化； （2）小部分氧與陽極表面作用，參與形成過氧化鉛）小部分氧與陽極表面作用，參與形成過氧化鉛（PbO2）陽極膜，形成陽極鈍化而起不溶性陽極的作用，并）陽極膜，形成陽極鈍化而起不溶性陽極的作用，并保護(hù)陽極不受腐蝕。保護(hù)陽極不受腐蝕。（陽極鍍膜）（陽極鍍膜）（3）一部分氧與溶液中二價(jià)錳作用形成高錳酸和二氧化錳，）一部分氧與溶液中二價(jià)錳作用形成高錳酸和二氧化錳，其反應(yīng)為：其反應(yīng)為： 2MnSO4 + 3H2O + 5O2

9、2HMnO4 + 2H2SO4 該反應(yīng)生成的該反應(yīng)生成的MnO4-使無色硫酸鋅溶液變成使無色硫酸鋅溶液變成紫紅色紫紅色。 高錳酸繼續(xù)與硫酸錳作用：高錳酸繼續(xù)與硫酸錳作用： MnSO4+HMnO4+2H2O 5MnO2+3H2SO4第14頁/共21頁 生成的生成的MnO2，一部分沉于槽底形成陽極泥，一部分沉于槽底形成陽極泥，一部分一部分附于陽極表面形成比較致密的附于陽極表面形成比較致密的MnO2薄膜，保護(hù)陽極不受薄膜，保護(hù)陽極不受腐蝕。（腐蝕。（） 在正常條件下，氧的析出約占陽極總電流的在正常條件下，氧的析出約占陽極總電流的98%，Mn2+氧化生成氧化生成MnO2約占約占1%。第15頁/共21頁

10、 鉛陽極溶解反應(yīng)： 陽極可能發(fā)生的反應(yīng)有以下四個(gè)：（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 (超電位較高)首先發(fā)生反應(yīng)（首先發(fā)生反應(yīng)（1），鉛溶解并生成硫酸鉛，由于硫酸鉛的溶解度很小，），鉛溶解并生成硫酸鉛，由于硫酸鉛的溶解度很小，便開始在陽極表面結(jié)晶析出，直到整個(gè)硫酸鉛膜覆蓋整個(gè)陽極表面時(shí)為止，便開始在陽極表面結(jié)晶析出，直到整個(gè)硫酸鉛膜

11、覆蓋整個(gè)陽極表面時(shí)為止，然后開始發(fā)生反應(yīng)（然后開始發(fā)生反應(yīng)（4），但因氧的析出超電位較高，所以實(shí)際先發(fā)生反應(yīng)），但因氧的析出超電位較高，所以實(shí)際先發(fā)生反應(yīng)（3）和（）和（2），即鉛直接氧化或二價(jià)鉛離子的再氧化成四價(jià)狀態(tài)，生成二），即鉛直接氧化或二價(jià)鉛離子的再氧化成四價(jià)狀態(tài)，生成二氧化鉛。二氧化鉛逐步將硫酸鉛膜所替代，此過程為氧化鉛。二氧化鉛逐步將硫酸鉛膜所替代，此過程為陽極鍍膜。陽極鍍膜。二氧化鉛成為進(jìn)行正常陽極反應(yīng)，即氧析出過程的工作表面。二氧化鉛成為進(jìn)行正常陽極反應(yīng)，即氧析出過程的工作表面。第16頁/共21頁 電解液中微量雜質(zhì)的存在，能改變電極和溶液界面的結(jié)電解液中微量雜質(zhì)的存在，能改變電

12、極和溶液界面的結(jié)構(gòu)，直接影響到析出鋅的結(jié)晶狀態(tài)，降低電流電效率及電鋅構(gòu)，直接影響到析出鋅的結(jié)晶狀態(tài)，降低電流電效率及電鋅質(zhì)量。質(zhì)量。電解液中的雜質(zhì)可分為三類：電解液中的雜質(zhì)可分為三類：1、比鋅正電性的雜質(zhì)：、比鋅正電性的雜質(zhì)：Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Cd、As、Sb2、比鋅負(fù)電性的雜質(zhì)：、比鋅負(fù)電性的雜質(zhì)：K、Na、Ca、Mg、Al、Mn3、陰離子：、陰離子：F-、Cl-第17頁/共21頁鉛、鎘、錫、鉍鉛、鎘、錫、鉍較鋅優(yōu)先放電并在陰極上沉積析出，降較鋅優(yōu)先放電并在陰極上沉積析出，降低電鋅質(zhì)量。低電鋅質(zhì)量。 鐵、銅、鈷、鎳鐵、銅、鈷、鎳在陰極上較鋅優(yōu)先析出，降低電鋅質(zhì)量，在陰極上較鋅優(yōu)先

13、析出，降低電鋅質(zhì)量，在陰極上造成各種在陰極上造成各種“燒板燒板”現(xiàn)象，顯著降低電解鋅生產(chǎn)的電流現(xiàn)象，顯著降低電解鋅生產(chǎn)的電流效率從而使產(chǎn)品的電耗增大。效率從而使產(chǎn)品的電耗增大。 鍺、砷、銻鍺、砷、銻嚴(yán)重地降低電流效率和增加電能消耗。鍺與銻嚴(yán)重地降低電流效率和增加電能消耗。鍺與銻共存時(shí)危害加劇，鍺、銻還會(huì)加劇其它雜質(zhì)的危害。鍺、砷、共存時(shí)危害加劇，鍺、銻還會(huì)加劇其它雜質(zhì)的危害。鍺、砷、銻都會(huì)使陰極鋅起皺，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生蜂窩狀或海綿狀沉積物，嚴(yán)銻都會(huì)使陰極鋅起皺，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生蜂窩狀或海綿狀沉積物，嚴(yán)重降低電鋅質(zhì)量。向電解液中加入膠質(zhì)，可不同程度地消除鍺重降低電鋅質(zhì)量。向電解液中加入膠質(zhì)，可不同程度地消除

14、鍺與銻的危害。與銻的危害。第18頁/共21頁 鉀、鈉、鋁、鎂、鈣鉀、鈉、鋁、鎂、鈣等雜質(zhì)比鋅更負(fù)電性，在電積時(shí)等雜質(zhì)比鋅更負(fù)電性，在電積時(shí)不在陰極析出，因此不在陰極析出，因此對(duì)鋅化學(xué)成分影響不大對(duì)鋅化學(xué)成分影響不大。但這類。但這類雜質(zhì)在富集后會(huì)使電解液的粘度和電阻增大而增加電雜質(zhì)在富集后會(huì)使電解液的粘度和電阻增大而增加電能消耗，特別是鎂。當(dāng)鈣含量過高時(shí)，易形成硫酸鈣能消耗，特別是鎂。當(dāng)鈣含量過高時(shí)，易形成硫酸鈣與硫酸鋅的共結(jié)晶，造成冷卻器和管道的結(jié)垢現(xiàn)象，與硫酸鋅的共結(jié)晶，造成冷卻器和管道的結(jié)垢現(xiàn)象，阻塞管道，影響操作。阻塞管道，影響操作。 錳錳離子除上述不良影響外，離子除上述不良影響外，Mn

15、Mn7+7+離子會(huì)使砷、銻危害離子會(huì)使砷、銻危害更嚴(yán)重。但更嚴(yán)重。但錳還有有益的作用錳還有有益的作用，如生成，如生成MnOMnO2 2對(duì)鉛陽極對(duì)鉛陽極有一定的保護(hù)作用，同時(shí)可以吸附砷、銻、鈷，減少有一定的保護(hù)作用，同時(shí)可以吸附砷、銻、鈷，減少他們的危害。他們的危害。2、比鋅負(fù)電性雜質(zhì)的影響第19頁/共21頁 氯離子氯離子會(huì)腐蝕陽極，使陰極鋅的含鉛量增加而降低電鋅質(zhì)會(huì)腐蝕陽極，使陰極鋅的含鉛量增加而降低電鋅質(zhì)量，同時(shí)縮短陽極壽命。量，同時(shí)縮短陽極壽命。Pb + 6H+ + ClO3- Pb2+ + Cl- + 3H2O 當(dāng)有當(dāng)有MnO2存在時(shí)，可抑制氯離子的危害。存在時(shí)，可抑制氯離子的危害。MnO2 + 4H+ + 2Cl- Mn2+ +