锌冶金学第5章-硫酸锌溶液的电解沉积1
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。
硫酸锌溶液的电解
2H+ + 2e = H2
E θ 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
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
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。
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。
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：
锌冶金思考题(2014)PPT课件
锌冶金学
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火法炼锌思考题
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➢6、简述密闭鼓风炉炼锌的炉渣特点。 ➢7、简述粗锌真空蒸馏的原理及其优点。 ➢8、根据Zn-Cd二元系沸点组成图，说明 粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。 ➢9、简述烟化法处理锌浸出渣的原理。
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锌冶金学
主讲教师： 邓志敢 讲师
锌冶金学
昆明理工大学冶金与能源工程学院
二零一四年四月
Zinc Metall1urgy
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目录
➢1 绪论 ➢2 硫化锌精矿的焙烧与烧结 ➢3 湿法炼锌浸出过程 ➢4 硫酸锌浸出液的净化 ➢5 硫酸锌溶液的电解沉积 ➢6 湿法炼锌发展动态
➢1、湿法炼锌有哪些新方法？ ➢2、简述硫化锌精矿的直接电解和Zn – MnO2同时电解的基本原理并写出其电极 反应。
锌冶金学
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火法炼锌思考题
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➢1、简述火法炼锌的基本原理。 ➢2、火法炼锌主要有哪些方法？ ➢3、铅雨冷凝器的特点。 ➢4、密闭鼓风炉炼锌有哪些优缺点？ ➢5、密闭鼓风炉炼锌法从低锌蒸气中冷凝锌 获得成功的主要措施有哪些？
➢4、简述我国金属锌的质量标准。
锌冶金学
Zinc Metall3urgy
绪论思考题
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➢5、简述我国古代炼锌方法及工艺过程。 ➢6、炼锌方法主要有哪些？简述各种炼锌方 法的工艺过程及工艺特点。 ➢7、分别画出火法炼锌及传统湿法炼锌的原 则工艺流程图。 ➢8、简述我国锌冶炼工业的现状。
硫酸锌溶液的电解沉积讲义
硫酸锌溶液的电解沉积-原理（1）概述硫酸锌溶液的电解沉积是湿法炼锌流程中四个重要工序中的最后一个。
其目的主要是从硫酸锌溶液中提取纯度高的金属锌。
电积的技术经济指标不仅反映出整个炼锌工艺的好坏，而且因直接消耗大量电能，在很大程度上影响着电锌厂的生产成本。
硫酸锌溶液的电解沉积是湿法炼钟的最后一个生产工序。
其目的主要是从硫酸锌溶液中提取纯度高的金属锌。
硫酸锌溶液电解沉积就是：以净化的硫酸锌溶液作电解液，以铅银合金板（含银1％）做阳极，压延铝板做阴极，在直流电的作用下，阴极上析出金属锌（称阴极锌），在阳极上放出氧气。
随着过程的不断进行，电解液中的含锌量不断减少，硫酸含量不断增加，至一定程度后就不能再供正常电积之用。
这时的电解液叫做废电解液（电积废液）。
废电解液连续不断地从电解槽的出液端溢出，一部分与新液混合供电解液循环用，一部分送往浸出车间供浸出用。
每隔一定时问取出阴极将析出锌剥下进去熔化铸锭，成为锌成品。
阴极铝板经过清刷处理以后，再装入电解槽中，继续进行电解沉积。
电解沉积锌的过程一般可以分为三种方法：标准法、中酸中电流密度法、和高酸高电流密度法。
标准法采用300～400A/m2的电流密度，电解液含酸100～130g/L，中酸中电流密度法采用400～600A/m2的电流密度，电解液含酸130～160g/L；高酸高电流密度法采用600～1000A/m2的电流密度，电解液含酸220～300g/L。
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（如美国克洛格电锌厂，采用960A/m2，H2SO4260g/L的作业条件）必须在高锌含量下作业，以保证溶液中的锌酸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。
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。
41111锌冶金学绪论
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1.5.1 炼锌原料
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1.5.1 炼锌原料
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1.5.2 锌的生产方法及其简介（P99）
锌的生产方法分为火法和湿法两大类，以湿法冶炼 为主。
1、火法炼锌 有鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法
炼锌等。火法炼锌包括焙烧、还原蒸馏和精炼三个 主要过程。密闭鼓风炉炼锌是目前主要的火法炼锌 设备，占锌总产量的10%左右。
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1.1 锌发展史略
中国是世界上最早发现和使用锌的国家， “龙山文化” 时期
就生产出了含锌23.2％的黄铜锥。(在山东胶县三里河龙 山文化遗址中，出土了两件铸制的黄铜锥。)
早在唐朝以前就炼出了金属锌，到明朝时炼锌技术已经达到 很高水平。
生产锌的方法由我国传到欧洲，但欧洲的锌的冶炼长期处于 停滞状态，直到19世纪蒸馏法炼锌的出现。
我国锌企业的总体情况是企业规模小、数量 多、分布广。
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1.6 我国锌冶炼现状
1.6.2 湿法炼锌
株洲冶炼厂是我国采用常规流程中最大的湿法炼锌厂，浸出渣 用回转窑烟化挥发回收渣中的铅锌等有价金属。 驰宏锌锗股份有限公司、水口山锌厂、葫芦岛有色金属集团湿 法炼锌分厂、开封冶炼厂等均采用常规浸出工艺炼锌。浸出渣处 理，除葫芦岛锌厂采用该厂自行开发的漩涡炉烟化挥发外，其余 都是采用回转窑处理。 白银西北冶炼厂锌系统，设计年产电锌10万t，采用了热酸连续 浸出和黄钾铁矾除铁新工艺，是我国采用新的黄钾铁矾法炼锌最 大的冶炼厂。
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目录
1 绪论 2 硫化锌精矿的焙烧与烧结 3 锌焙砂的浸出 4 硫酸锌浸出液的净化 5 硫酸锌溶液的电解沉积 6 湿法炼锌新方法 7 火法炼锌简介 8 国内铅锌冶金企业概括
(整理)锌电解沉积
锌电解沉积工艺现状及发展方向中南大学——株洲冶炼集团工程硕士班王海波一、锌电积过程的理论基础锌电解液的主要成分是硫酸锌、硫酸和水，当通以直流电时带正电荷的离子移向阴极，带负电荷的离子移向阳极，并分别在阴、阳极上放电。
阴极主要反应：Zn2＋＋2e=Zn阳极主要反应：2OH－－2e=0.5O2＋H2O（或H2O－2e=0.5O2＋2Ｈ＋）电极过程总反应：ZnSO4＋H2O=Zn＋H2SO4＋0.5O2二、锌电解液成分及锌电积生产过程（一）锌电解液锌电解液除主要成分硫酸锌、硫酸和水外，还存在少量杂质金属的硫酸盐及部分阴离子（主要为氯离子和氟离子）。
目前锌电解液中锌的浓度一般波动在40～60g／L范围内，而硫酸浓度则趋于逐步提高，已从110～140g／L提高到170～200g／L。
对于杂质的含量各厂也有不同要求。
加拿大一家锌厂在进行改造时曾做过调查，为了适应电流密度大幅度提高，对电解液中杂质含量（mg／L）要求更严格：Cd＜0.3，CO＜0.3，Sb＜0.03，Ge＜0.03，Fe＜10，CL＜50～100，F＜10，Mn＜1.8g／L （二）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（新液）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（含银量约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（称阴极锌或析出锌），在阳极则放出氧气。
随着电积过程的不断进行电解液含锌量逐渐减少，而硫酸含量则逐渐增多，为保证电积条件的稳定，必须不断地补充新液以维持电解液成分稳定不变。
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。
三、锌电解生产的操作过程（一）装出槽及槽上操作1、停工（停车）及开工（开车）这里所指的停工和开工作业是指计划停产检修前和检修后的工作。
因此，在停工前就要为开工做好必要的准备工作，以确保开工的顺利进行。
（1）停工（停车）停工包括准备、出槽压减电流、阴阳极板处理和电解槽的清理。