硫酸锌溶液的电解.ppt
电解硫酸锌方程式
电解硫酸锌方程式
电解硫酸锌方程式是指将硫酸锌溶液通过电解分解反应转化为锌金属和氧气的化学反应。
该反应可以用如下方程式表示：
ZnSO4 -> Zn + O2
在该方程式中，ZnSO4代表硫酸锌，Zn代表锌金属，O2代表氧气。
电解是一种通过外加电流使溶液中的化学物质发生氧化还原反应的方法。
在电解过程中，正极（阳极）会发生氧化反应，负极（阴极）会发生还原反应。
在电解硫酸锌中，硫酸锌溶液被电解时，硫酸锌分解成锌金属和氧气。
具体来说，硫酸锌是一种离子化合物，它在溶液中会完全离解成锌离子（Zn2+）和硫酸根离子（SO42-）。
在电解过程中，阳极上的氧化反应将发生，硫酸根离子（SO42-）会被氧化为氧气（O2），同时释放出电子。
而在阴极上的还原反应将发生，锌离子（Zn2+）会被还原为锌金属，并吸收电子。
总体来说，电解硫酸锌的反应方程式描述了硫酸锌溶液中的离子被电解分解为锌金属和氧气的过程。
通过电解，硫酸锌被分解成了其组成离子，并在阳极和阴极上发生了相应的氧化和还原反应。
这样的电解反应在实际应用中有一定的重要性。
例如，在电镀工业中，电解硫酸锌可以被用来镀锌。
在这个过程中，锌金属可以被沉
积在其他材料表面上，起到保护和防腐的作用。
此外，电解硫酸锌还可以用于制备其他锌化合物，如硫酸锌的盐类。
总结起来，电解硫酸锌方程式描述了硫酸锌溶液在电解过程中分解为锌金属和氧气的反应。
这个反应在电镀和制备锌化合物等领域有一定的应用价值。
锌冶金学硫酸锌溶液电解沉积.pptx
（2）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，并保护阳极不受腐蚀。
（3）一部分氧与溶液中二价锰作用形成高锰酸和二氧化锰，其反应为：
2MnSO4 + 3H2O + 5O2 ＝ 2HMnO4 + 2H2SO4 该反应生成的MnO4-使无色硫酸锌溶液变成紫红色。 高锰酸继续与硫酸锰作用：
✓铜形成圆形透孔，周边不规则； ✓镍呈葫芦瓢形孔洞； ✓钴呈独立小圆孔，甚至烧穿成洞； ✓锗形成黑色圆环，严重时形成大面积针状小孔； ✓锑使阴极表面呈条沟状； ✓砷使阴极表面起皱纹，失去光泽，或呈苞芽状。
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➢5.3.1.2 杂质在电解时的行为
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➢5.3.1.2 杂质在电解时的行为
MnO2在阳极过多地析出，会增加浸出工序的负担，也会引起电积液中Mn2+ 的贫化而直接影响析出锌质量。
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✓5.2.2 阳极反应
当溶液中含有氯离子时，在阳极氧化析出氯气， 污染车间空气，并腐蚀阳极：
2C1－2e ＝ C12↑
E0=1.36V
C1- + 4H2O － 8e ＝ C1O4- + 8H+ E0=1.39V
对于不同的阴极金属，常数b接近于0.12； 常数a值则介于0.1~ 1.5V之间，且受温度的影响大。
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✓5.2.1 阴极反应
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✓5.2.1 阴极反应
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✓5.2.2 阳极反应
采用含银0.5～1%的铅银合金板作不溶阳极， 阳极上发生的主要反应是氧的析出：
硫酸锌水溶液的电积过程
硫酸锌水溶液的电积过程一、实验目的通过锌电积的实验过程，了解电积有关的仪器设备及操作，掌握槽电压、电流密度、电流效率以及电能消耗的测试与计算方法。
二、基本原理锌电积一般采用Pb-Ag( 1%)合金作阳极，纯铝板作阴极，以酸性硫酸锌溶液作电解液。
当通以直流电时，阴、阳极发生以下电化学反应:阴极 Zn 2++2e=Zn E o =-0.763V阳极 H 2O-2e=1/2O 2+2H + E o =-1.229V总反应 2221Zn H O Zn 2H O 2+++=++直流电三、实验方法、试剂和仪器设备实验方法如图示：试剂：硫酸锌，硫酸，铝板，铅板，抽水泵仪器设备：直流稳压稳流电源，万用电表，电解槽四、实验操作步骤1、先将铝阴极置于天平称重并记下重量，然后将铝阴极放入电解槽内，取出测量其浸入溶液的实际尺寸并计算面积，再根据已确定的铝阴极电流密度计算出所需电流强度。
2、接线：将直流稳压稳流电源、电解槽、阴阳极等仪器联结好，即可通电，并记下通电起始时间、电流强度及槽电压。
3、通电开始实验正常进行，可按规定项目进行记录。
4、电解进行30~45分钟实验结束，关闭所有电源。
同时取出铝阴极置于沸水中置2分钟，以除去硫酸盐结晶，然后放入烘箱烘干再取出称重，记下电解后阴极的重量。
五、安全措施及应注意的事项1、线路联结必须严格按操作步骤进行，经检查后方可通电，否则易损坏仪器设备并造成实验中断。
2、实验过程中，不得任意摆弄仪器开关、旋钮以及各接触点，以免因接触不良断电影响实验。
3、如遇仪器设备发生故障或因接触不良而引起断电，应立即报告认真检查原因及时处理。
六、数据的整理与分析1、记录内容:实验日期、题目名称A 、技术条件：a 、温度：室温b 、阴极面积： m 2c 、阴极电流密度：D K = 350~500A/m 2d 、电流强度： Ae 、同名极距：4~6cmf 、电解液成分(g/L)：硫酸锌 0.75~0.8mol/L ，硫酸 1.0mol/LB 、电解前后铝阴极重量的变化。
《电解车间工艺培训》PPT课件
三种方法原理是一样的，只不过是所用的电流密度和电积液酸 度有较大差别而已。增加电流密度，可提高电积槽的锌产量， 但电积液必须除去更多的热量，纯度要求也更严格。过去采 用低酸低电流密度法的电锌厂较普遍，但它限制了生产过程 的强化。因此，现在的电锌厂多使用中酸中电流密度法，在 操作良好的条件下，可以获得高于90%的电流效率。采用高 酸高电流密度法的电锌厂必须在高锌含量下作业，以保证溶 液中的酸锌比高于足以避免析出锌反溶的程度，返回的废液 由于含酸高，更容易溶解焙砂中的铁酸锌。
曲靖锌厂电解车间 工艺培训教案
η=m×100%/(q×I×t×N) 式中：η——电流效率，%
m——析出锌实际产量，g; q——电化当量，1.2202g/(A·h) I——电流，A； t——电解时间，h； N——电解槽数目 影响电流效率的因素有： （1）电解液中的锌酸含量； （2）电解液的温度； （3）电流密度； （4）电解液的纯度；
曲靖锌厂电解车间 工艺培训教案
在阳极，由于硫酸根在阳极上放电析出电位比氢氧根 高很多，故，在阳极是氢氧根离子放电析出氧气， 而硫酸根离子与电解液中的氢离子结合成硫酸(即 第二个反应一般不发生）。故在阳极仅发生第一和 第三个反应。在此先说第一个反应：
阳极上放出的氧气消耗在三个部分： （1）与电解液中的硫酸锰（MnSO4)起化学反应： 2MnSO4 +3 H2O +5/2O2= 2MnO4 +2 H2SO4 反应生成的MnO4在电解液中与H+离子生成 HMnO4，它使电解液呈紫红色， HMnO4又继续与硫酸锰
形成酸雾。 阳极上的第三个反应是阳极上的铅溶解：
电解硫酸锌溶液制锌的原理
电解硫酸锌溶液制锌的原理
锌电解的电解液系浸出净化后的含锌约150g/L的中性硫酸锌水溶液和从电解槽中排出的含锌约50g/L、硫酸约170g/L的废电解液的混合液。
两者的体积比称为电解液的循环体积比。
增大循环体积比中废电解液的比例，即增大循环量，可以消除浓差极化，降低槽电压，提高电流效率，但循环量过大会使阳极析出的二氧化锰进入阴极，影响阴极析出锌的质量，同时也增大了电能消耗。
通常控制电解液循环体积比为1：（10~25）。
锌电解过程中，由于电解液等的电阻产生的焦耳热超过因蒸发、辐射而散发的热量，为维持电解液的温度在35~40℃，必须对电解液业进行冷却，普遍采用空气冷却塔。
以铅银合金板为阳极（不溶阳极），铝板为阴极，含有硫酸的硫酸锌水溶液为电解液，在电解槽中通直流电电解。
在阴、阳极上发生如下电化学反应：
阴极Zn+2e→Zn 析出金属锌。
阳极H2O－2e→2H+1/2O2 。
电解槽槽电压为3．4～3．6V，电流密度为300～600A/m，每吨电解锌消耗直流电能2900－3100kWV・h。
电解锌的纯度可达99．9%以上。
锌电解能耗较高。
电解过程中，阳极除析出氧外，还析出二氧化锰，作为氧化剂返回到浸出工序。
锌电积车间工艺幻灯片PPT
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• 2、主要设备及药剂的作用
2.1 水必清装置：
水必清溶解于水后，与水中阳离子形成筝定的络合物，可以增加水中 钙镁离子的允许浓度，从根本上解决水垢的形成。同时可在设备管 道内壁形成保护膜，隔离溶解氧与管壁产生氧化腐蚀，并对水体中 的细菌和藻类起到一定的杀灭效果，水必清装置中的通电离子棒也 起到杀菌消毒的作用，从而改善水质。
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2.2 主要技术指标 电解废液成分(g/l): Zn：50～55 H2SO4: 175～185 电解液温度: 37℃～42℃（短时不低于35℃） 电解液流量：18~25m3/h·槽 电流密度: 300A/m2～580A/m2 同极距: 90mm 槽电压: 3.2～3.7V 风冷塔：出液温度<32℃ 等电势导电棒冷却水温<32℃
1.2 工艺流程
药剂制备槽
新液 新液贮槽
药剂中转槽
风冷塔集液池 缓冲喂液槽
去浸出
废液贮槽
电 解槽 溶液冷却循环池
风冷塔
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二 锌电积厂房基本条件
2.1 基本参数：
ห้องสมุดไป่ตู้
产能
: 10万t/y
锌电积车间工艺幻灯片PPT
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一 电解基本原理及工艺流程
1.1基本原理
• 锌电解沉积原理：
经净化后纯净的硫酸锌溶液(新液），以铅、银合金作 阳极，纯铝压延板作阴极板，在直流电作用下，溶液中带 正电荷的锌离子在阴极放电沉积，反应为：
硫酸锌溶液的电积过程
10.2 杂质在电积过程中的行为在生产实践中，常常由于电解溶液含有某些杂质而严重地影响析出锌的结晶状态、电积过程的电流效率和电锌的质量。
其中杂质金属离子在阴极放电析出是影响锌电积过程的主要因素。
杂质金属离子能否在阴极上放电析出，取决于其平衡电动势的大小。
当电解液中锌离子浓度为55g/L （a Zn2+=0.0424）时，按能斯脱公式计算某些杂质离子放电的最低浓度。
表10.7为锌及常见杂质的标准还原电势、一般含量及放电最低浓度依据。
从该表可见，杂质在阴极上析出不可避免。
杂质的析出速度与析出电势有关。
当溶液中杂质浓度降到一定程度时，决定析出速度的因素就不再是析出电势，而取决于杂质扩散到阴极表面的速度，及析出速度等于扩散速度，离子的极限面积电流与扩散系数成正比，所以某一离子的析出速度，决定于其极限面积电流，其数学表达式为δii d C nFD D =式中：Dd 为极限面积电流（A/m2）；n 为参加反应的电子数；F 为法拉第常数；Di 为离子扩散系数（cm2/s ）；Ci 为离子浓度（mol/m3）；δ扩散层厚度（cm ）。
杂质含量将与其浓度成正比。
阴极锌中的某杂质i 的含量由下式决定：η⋅⋅⋅=Zn k id i M D u D W (%)式中：Wi%为杂质在阴极锌中的百分含量；ui 为杂质的原子量；MZn 为锌原子量（65.38）；η为电流效率；Dk 为面积电流（A/m2）。
因此，要提高电锌质量，必须加强硫酸锌溶液的净化，降低溶液中杂质含量，并设法提高电流效率。
铜、钴、镍、砷、锑、锗等是降低析出锌的表面质量及电流效率的杂质。
钴是一种有害杂质之一，特别有锗存在时危害更甚。
由于钴引起阴极锌的腐蚀（即烧板），使锌腐蚀成黑色的斑点，并愈靠近铝板一面愈严重，形成喇叭形的圆孔。
钴对锌阴极的腐蚀是由于在阴极表面形成局部的微电池所致。
在微电池中氢电极为正极，锌电极为负极。
由于氢在钴粒上的超电压较低，从而促进了微电池的反应。
2、硫酸锌溶液的净化
2.1 湿法炼锌净化过程
（1）硫酸锌溶液净化的目的
1）将溶液中的杂质除至电积过程的允许含量范围之内， 确保电积过程的正常进行并生产出较高等级的锌片； 2）通过净化过程的富集作用，使原料中的有价伴生元 素，如铜、镉、钴、铟、铊等得到富集，便于从渣中进 一步回收有价金属成分。
（2） 在湿法炼锌工艺中，浸出液经过的三个净化 过程 1）中性浸出时控制溶液终点pH值，使某些能够 发生水解的杂质元素从浸液中沉淀下来（中和水 解法）； 2）酸性浸出时的除铁； 3）针对打入净化工序的中浸液除杂，使之符合 电积锌的要求。在实际的生产中，这些过程并不 全是在净化单元完成，如：杂质Fe、As、Sb、Si 大部分在浸出过程除去，而Cu，Cd，Co，Ni， Ge等则在净化过程除去。
锌粉置换法的反应式表示如下：
（2）影响置换过程的因素
1）锌粉质量 选用较为纯净的锌粉；锌粉的表面积合适。
2）搅拌速度 选择适宜的搅拌强度。
3）温度 加锌粉置换除Cu，Cd应控制适当的反应温度，一般 为60℃左右。
4）浸出液的成分 生产实践一般控制浸出液含锌量在150～ 180g／L为宜。生产实践中，为使净化溶液残余的Cu， Cd达到净化要求，须维持溶液的pH值在3.5以上。
（3）湿法炼锌工艺 流程
虚线框中的工序在实际 生产中是放在浸出单元过 程中完成，产出合格浸出 液（上清液）打入净化单 元过程。
表2-1 湿法炼锌工艺流程
含锌物料 浸出
含大量杂质的硫酸锌溶液
中性浸出 除 去 Fe 、 As 、 Sb 、 Si ， 仍 含 有 Cu 、 Ge等杂质的合格上清液
净化 加Zn粉
Cu2++Zn==Cu+Zn2+ 置换过程的反应及限度：在有过量置换金属存在的情况下，将一直进行到 两种金属的电化学可逆电位相等时为止。反应平衡条件为：
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ZnSO4
H2O
Zn
H2SO4
1 2
O2
与铜电解精炼 的异同之处？
5.1 锌电解液成分及锌电积生产过程
▪ 5.1.1 锌电解液 主要成分： 硫酸锌：Zn2+(40~60g/L) 硫 酸：H2SO4(110~140g/L) 水 杂质成分： 少量金属的硫酸盐、部分阴离子（Cl-、F- ）。 杂质含量（mg/L）要求： Cd<0.3、Co<0.3、Sb<0.03、Ge<0.03 、 Fe<10 、Cl<50~100 、F<10 、Mn<1.8g/L
1、比锌正电性杂质的影响
铅、镉、锡、铋较锌优先放电并在阴极上沉积析出，降 低电锌质量。
铁、铜、钴、镍在阴极上较锌优先析出，降低电锌质量， 在阴极上造成各种“烧板”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。
锗、砷、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、 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，可不同程度地消除锗 与锑的危害。
综上所述，为了生产高纯度的锌，提高电效、降低电耗， 对净化液中及精矿中的杂质含量严格要求在限度以下 。
电积一定时间后，提出阴极板， 剥下压延铝板上的析出锌片送往熔铸 工序。
❖5.5 锌电解车间的主要设备
✓ 5.5.5 剥锌机
5.2 锌电积过程的理论基础
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：
2、比锌负电性杂质的影响
▪ 钾、钠、铝、镁、钙等杂质比锌更负电性，在电积时不 在阴极析出，因此对锌化学成分影响不大。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， 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 响操作。
▪ 锰离子除上述不良影响外，Mn7+离子会使砷、锑危害 更严重。但锰还有有益的作用，如生成MnO2对铅阳极 有一定的保护作用，同时可以吸附砷、锑、钴，减少他 们的危害。
阴极 Zn2+ + 2e = Zn 阳极 H2O - 2e = 1/2O2 + 2H+
电解槽内发生的总反应为： Zn2+ + H2O = Zn + 1/2O2 + 2H+
5.2.1 阴极反应
在锌电积时移向阴极的正离子主要有Zn2+、H+。因此，在 阴极上可能进行如下两个主要反应：
Zn2+ + 2e = Zn E θ Zn2+/Zn = -0.763 V 2H+ + 2e = H2 E θ H+/H2 =0.0 V
（3）一部分氧与溶液中二价锰作用形成高锰酸和二氧化锰， 其反应为：
2MnSO4 + 3H2O + 5O2 ＝ 2HMnO4 + 2H2SO4
该反应生成的MnO4-使无色硫酸锌溶液变成紫红色。 高锰酸继续与硫酸锰作用：
MnSO4+HMnO4+2H2O ＝ 5MnO2↓+3H2SO4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生成的MnO2，一部分沉于槽底形成阳极泥，一部分 附于阳极表面形成比较致密的MnO2薄膜，保护阳极不受 腐蚀。（Mn<1.8g/L）
《锌冶金》
硫酸锌溶液的电解沉积
5 硫酸锌溶液的电解沉积
❖5.1 锌电解液成分及锌电积生产过程 ❖5.2 锌电积过程的理论基础 ❖5.3 锌电解车间的主要生产设备及布置 ❖5.4 锌电解的正常操作 ❖5.5 锌电解生产的主要技术条件与指标分 析 ❖5.6 阴极锌熔铸
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。
在 正 常 条 件 下 ， 氧 的 析 出 约 占 阳 极 总 电 流 的 98%， Mn2+氧化生成MnO2约占1%。
▪ 铅阳极溶解反应：
阳极可能发生的反应有以下四个：
（1）Pb + SO42- － 2e = PbSO4
Eθ =-0.356V
（2）PbSO4 + 2H2O － 2e = PbO2 + 4H+ + SO42- Eθ =1.685V
▪ 5.1.2 锌电积生产过程
硫酸锌溶液的电积过程是将已经 净化好的硫酸锌溶液以一定比例同废 电解液混合后连续不断地从电解槽的 进液端送入电解槽内。
铅银合金板（含银1％）阳极和压 延铝板阴极，并联交错悬挂于槽内， 通以直流电，在阴极析出金属锌，在 阳极放出氧气。
随着电积的不断进行电解液含锌 量逐渐减少，而硫酸含量则逐渐增加， 为保证电积条件的稳定，必须不断地 补充新液。
（3）Pb + 2H2O － 4e = PbO2
Eθ =0.655V
（4）2OH- － 2e = H2O + 1/2O2
Eθ=0.401V (超电位较高)
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， 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（4），但因氧的析出超电位较高，所以实际先发生反应 （3）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。
3、负离子的影响
氯离子会腐蚀阳极，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。
Pb + 6H+ + ClO3- ＝ Pb2+ + Cl- + 3H2O 当有MnO2存在时，可抑制氯离子的危害。
MnO2 + 4H+ + 2Cl- ＝ Mn2+ + C12 + 2H2O 氟离子会破坏阴极铝板表面的氧化膜，使锌与铝板发生 粘结，使锌片难于剥离。加入酒石酸锑钾可改善剥离情况。
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。
5.2.3 电解液中的杂质在电积过程中的行为
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 质量。
电解液中的杂质可分为三类： 1、比锌正电性的杂质：Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Cd、As、Sb 2、比锌负电性的杂质：K、Na、Ca、Mg、Al、Mn 3、阴离子：F-、Cl-
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。
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、钴等大大降低超电压。
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。
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 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 （PbO2）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。（阳极镀膜）
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
反应的超电压（）对实际析出电位的影响。
（1） Zn2+ → Zn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1.1V）。
E Zn = -0.763 -Zn = -0.763 V E H2 =0 -H =-1.1 V
5.2.2 阳极反应
阳极上主要有两类反应：一是铅阳极少量氧化溶解；二是 析出氧气。
▪ 析出氧的反应：
2OH- － 2e = H2O + 1/2O2 SO4 2- － 2e = SO3 + 1/2O2
Eθ=0.401V Eθ= 2.42 V
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0H-的放电析出氧气的反应，随着反应的 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 出过程中所需要的，保证了整个锌冶金过程的酸平衡。