Фактори,визначають процес електролізу
Чистота електролітувизначає показники процесу електроосадження цинку і якість катодногоцинку. Чим чистіше електроліт, тим вище вихід цинку по струму і якість цинку.
Склад електроліту вванні, де проходить процес електролізу цинку, визначається в основному складомнейтрального розчину, що надходить в електролізні ванни, і кислотним режимом.Наближено можна вважати, що відпрацьований кислий електроліт, що виходить званни, за своїм складом відповідає електроліту, що знаходиться вміжелектродному просторі. Межа допустимих змістів домішок внейтральному розчині: 3-15 г/дм 3 Mn; не більше 2мг/дм 3 Cd; не більше 0,1 мг/дм 3 As ; не більше 0,15 мг/дм 3 Sb; не більше 2 мг/дм 3 Co; не більше 1,0 мг/дм 3 N; не більше 0,01 мг/дм 3 Ge; не більше 2 г/дм 3 Ca; не більше 20 г/дм 3 Na; не більше 20 г/дм 3 K; не більше 15 г/дм 3 Mg; не більше 200 мг/дм 3 Cl; не більше 50 мг/дм 3 F.
Від концентрації цинку внейтральному електроліті залежить як вихід по струму, так і питома витратаелектроенергії на електроліз.В нейтральному розчині, що надходить наелектроліз, за ​​заводськими даними міститься 135 г/дм 3 цинку. Притакої концентрації електроліз може здійснюватися при кислотності 123 г/дм 3 .При цьому у відпрацьованому електроліті буде залишатися 53 г/дм 3 цинку.
Підвищувати безмежноконцентрацію цинку можна через можливе погіршення відстоювання і фільтраціїпульпи і розчинів в цеху вилуговування. Залишати у відпрацьованому електролітіцинку понад 55 г/дм 3 невигідно економічно, зважаючи на зниженняпродуктивності цеху вилуговування по металу, так як в цьому випадку зкожного 1 м 3 нейтрального електроліту буде вилучатись меншеметалу. Тому при виборі оптимальної концентрації цинку в нейтральномуелектроліті керуються технічними і економічними підрахунками.
Таким чином, чим чистішеелектроліт, тим вище може бути задана кислотність і тим більше може бутизнижено напругу на ванні і знижено витрату електроенергії.
Всі домішки, що містятьсяв цинковій електроліті, можна розділити на три групи: катіони (домішки більшпозитивні за своїм стандартним потенціалом і домішки більш негативні,ніж цинк), аніони та органічні домішки. Поведінка цих домішок вельмирізному і в значній мірі визначається перенапруженням на них водню.Розглянемо поведінку домішок при електролізі.
Кадмій і свинець, якметали більш електропозитивні, ніж цинк, осідають разом з ним накатоді, забруднюючи осад. Вміст кадмію в катодному цинке регулюєтьсяглибиною очищення розчину при цементації, в нейтральному електроліті 1-2 мг/дм 3 ,це дає можливість одержати метал високої марки.
Вміст свинцю впоступающем на електроліз нейтральному розчині незначно (зазвичай сліди)через низьку розчинності PbSO 4 всульфатно розчині. Зростання вмісту свинцю в катодному цинке пов'язаний зрозчиненням свинцю при анодному процесі з утворенням Pb 2 + і розрядом його на катоді.Двовалентні іони свинцю присутні в електроліті іноді в значнихкількостях за рахунок розчинення свинцевих анодів. Свинець при цьому повністюпереходить в катодний цинк, погіршуючи його якості. Зниження вмісту свинцю вкатодному цинке для отримання високих марок (наприклад, ЦВ) досягається зниженнямщільності струму, температури електроліту, добавкою в електроліт реагентів (SrCO 3 , BaCO 3 ). Срібломоже переходити в розчин разом зі свинцем при розчиненні свинцевих анодів,легованих 1% срібла.
На відміну від кадмію,свинцю і срібла мідь не тільки погіршує якість катодного цинку, але йвикликає різке зниження виходу за струмом, коли зміст її в електроліті перевищуєдопустиме.
Мідь, осідаючи разом зцинком на катоді, викликає утворення чорного губчастого осаду і різко знижуєвихід по струму, внаслідок корозії катодного цинку через утвореннякороткозамкнутих пар. Очищення розчинів від міді ведуть при вмісті її велектроліті 0,1 мг/дм 3 . При такій концентрації отримують катоднийцинк вищих марок.
На відміну від кадмію,свинцю та міді сурма і миш'як не викликають в умовах електролізу значногопогіршення хімічного складу цинку. Будучи металами з великим електроднимпотенціалом, ніж цинк, вони осідають на катоді і знову переходять у розчин,знижуючи вихід за струмом. Причиною цього є зниження в порівнянні з цинкомперенапруги водню на цих металах. Допустимою межею змістумиш'яку і сурми в нейтральному електроліті вважається 0,1 мг/дм 3 , алекраще, якщо зміст їх буде ще нижче. Незначне збільшення вмістусурми в електроліті виявляється у вигляді смуг, жолобків і подряпин.
Шкідлива дія кобальтуаналогічно дії миш'яку і сурми, тобто він не погіршує якості цинку, алерізко викликає корозію катодного осаду і призводить до роз'їдання цинковогоаркуша з боку, зверненої до алюмінієвого катоду і утворенню на ньому чорнихнаскрізних дірок різної форми. Нікель проявляє себе подібно кобальту з тієютільки різницею, що отвори, які утворюються внаслідок корозії осаду,виходять крізні і набагато більшого діаметру. Вміст кобальту внейтральному електроліті повинно бути не більше 2 мг/дм 3 , нікелю небільше 1 мг/дм 3 . Перевищення допустимих концентрацій цих металівтягне за собою значне зниження виходу цинку по струму, а також збільшеннявитрати електроенергії у зв'язку із зменшенням кислотності електроліту і зростаннямнапруги на ванні.
В результаті збільшенняпереробки окисленої сировини більшою мірою став проявляти себе приелектролізі германій. Германій є самою шкідливою домішкою. При вмістів електроліті 1 мг/дм 3 германію осадження цинку не відбувається.Розрахунки показали, що 50% германію осаджується разом з цинком, а 50% відлітаєу формі GeH 4 . Концентрація германію в нейтральному електроліт неповинна перевищувати 0,01 мг/дм 3 .
Залізо, володіючи різноюступенем кислотності, може під дією електричного струму поперемінноокислюватися на аноді і відновлюватися на катоді, переходячи з однієї форми віншу. Така поведінка заліза при електролізі викликає додаткову витратуелектроенергії і знижує вихід цинку по струму. Тому вміст заліза внейтральному електроліті знаходиться в межах 30-50 мг/дм 3 .
Марганець, магній,кальцій, натрій, калій як більш електронегативний домішки, ніж цинк, накатоді не осідають. Вони накопичуються в розчині. Марганець, магній і іншідомішки певним чином впливають на хід процесу електролізу. У невеликихкількостях марганець (3-8 г/дм 3 ) необхідний для утворення насвинцевому аноді захисної плівки MnO 2 ,перешкоджає переходу свинцю в розчин. Зниження вмісту марганцю велектроліті (менше 3 г/дм 3 ) викликає розряд іонів хлору на аноді івиділення хлор-газу в атмосферу цеху. При значних концентраціях марганцю велектроліті вихід за струмом трохи знижується, так як марганець підсилюєкорозію катодного осаду. При великих кількостях марганцю в розчиніприскорюється накопичення шламу в ваннах і на анодах. Магній, натрій і калійзбільшують опір електроліту. Практика показує, що дляпопередження кристалізації сірчанокислих солей при охолодженні електроліту,містить 160 г/дм 3 цинку, сума лужних, лужноземельнихметалів і марганцю не повинна перевищувати 30 г/дм 3 .
Шкідлива дія хлору іфтору проявляється в роз'їдання алюмінієвих катодів і свинцевих анодів.Агресивна дія хлору і фтору зростає із збільшенням кислотності татемператури електроліту. Фтор, крім того, сприяє прилипанню цинковогоосаду до алюмінієвого катоду, викликаючи явище В«важкою сдіркіВ». Умови праціробочих погіршуються при вмісті хлору в розчині 400-500 мг/дм 3 .Хлор-газ є сильним окислювачем. Тому виділення йог...
