硫酸鋅溶液的電解沉積講義

1、硫酸鋅溶液的電解沉積-原理（1）5.1概述硫酸鋅溶液的電解沉積是濕法煉鋅流程中四個(gè)重要工序中的最后一個(gè)。其目的主要是從硫酸鋅溶液中提取純度高的金屬鋅。電積的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不僅反映出 整個(gè)煉鋅工藝的好壞，而且因直接消耗大量電能，在很大程度上影響著電鋅廠的 生產(chǎn)成本。硫酸鋅溶液的電解沉積是濕法煉鐘的最后一個(gè)生產(chǎn)工序。其目的主要是從硫酸鋅溶液中提取純度高的金屬鋅。硫酸鋅溶液電解沉積就是：以凈化的硫酸鋅溶 液作電解液，以鉛銀合金板（含銀i %）做陽(yáng)極，壓延鋁板做陰極，在直流電的 作用下，陰極上析出金屬鋅（稱陰極鋅），在陽(yáng)極上放出氧氣。隨著過(guò)程的不斷 進(jìn)行，電解液中的含鋅量不斷減少，硫酸含量不斷增加，至一

2、定程度后就不能再 供正常電積之用。這時(shí)的電解液叫做廢電解液（電積廢液）。廢電解液連續(xù)不斷 地從電解槽的出液端溢出，一部分與新液混合供電解液循環(huán)用，一部分送往浸出 車(chē)間供浸出用。每隔一定時(shí)問(wèn)取出陰極將析出鋅剝下進(jìn)去熔化鑄錠，成為鋅成品。 陰極鋁板經(jīng)過(guò)清刷處理以后，再裝入電解槽中，繼續(xù)進(jìn)行電解沉積。電解沉積鋅的過(guò)程一般可以分為三種方法：標(biāo)準(zhǔn)法、中酸中電流密度法、和 高酸高電流密度法。標(biāo)準(zhǔn)法采用300400A/m 2的電流密度，電解液含酸100 130g/L，中酸中電流密度法采用400600A/m 2的電流密度，電解液含酸130 160g/L ;高酸高電流密度法采用6001000A/m 2的電流密度

3、，電解液含酸220 300g/L。三種方法原理是一樣的，只不過(guò)是所用的電流密度和電積液酸度有較大差別 而已。增加電流密度，可提高電積槽的鋅產(chǎn)量，但電積液必須除去更多的熱量， 純度要求也更嚴(yán)格。過(guò)去采用低酸低電流密度法的電鋅廠較普遍，但它限制了生產(chǎn)過(guò)程的強(qiáng)化。因此，現(xiàn)在的電鋅廠多使用中酸中電流密度法，在操作良好的條件下，可以獲得高于90 %的電流效率。采用高酸高電流密度法的電鋅廠(如美 國(guó)克洛格電鋅廠，采用960A/m 2, H2SO4260g/L的作業(yè)條件)必須在高鋅含量 下作業(yè)，以保證溶液中的鋅酸比高于足以避免析出鋅反溶的程度，返回的廢液由于含酸高，更容易溶解焙砂中的鐵酸鋅。5.2電解沉積鋅

4、的基本原理為了便于分析問(wèn)題，先不考慮電積液中的雜質(zhì)，假定電積液中僅存在硫酸鋅、 硫酸和水。根據(jù)電離理論，他們會(huì)發(fā)生如下電離反應(yīng)。ZnSO4=Zn 2+ +SO 42-H2SO4=2H + +SO 42-(2)H2O=H +OH -(3)當(dāng)通入直流電時(shí)，陽(yáng)離子移向陰極，帶正電荷的Zn +接受兩個(gè)電子在陰極上 放電變成元素鋅，并在陰極表面以結(jié)晶狀態(tài)析出。陰極反應(yīng)：Zn 2+ +2e=Z n(4)同時(shí)陰離子移向陽(yáng)極，帶負(fù)電荷的OH 失去兩個(gè)電子在陽(yáng)極放電，并析出 氧氣。陽(yáng)極反應(yīng)：2OH e=2H 2O+O.5O 2(5)或 H2O e=O.5O 2+2H +總的電化學(xué)反應(yīng)式為:ZnSO4+H2O=Z

5、n+H 2SO4+O.5O 2（7）由于實(shí)際用于電解的硫酸鋅溶液中還含有微量的雜質(zhì)，如CuSO4、PbSO4等。它們?cè)陔娊庖褐校尸F(xiàn)離子狀態(tài)，并在適當(dāng)條件下參與反應(yīng)。因此電解槽中 實(shí)際發(fā)生的反應(yīng)就要復(fù)雜一些。為了深入了解鋅電積過(guò)程，下面分別討論工業(yè)電 積槽內(nèi)陽(yáng)極上和陰極上所發(fā)生的電化學(xué)過(guò)程。5.2.1陽(yáng)極過(guò)程硫酸鋅水溶液電積時(shí)，在陽(yáng)極上主要有兩個(gè)類(lèi)型的反應(yīng)，第一個(gè)是析出氧, 第二個(gè)是鉛陽(yáng)極溶解。另外也不斷還少量有 Mn 2+的氧化等雜質(zhì)離子反應(yīng)。5.2.1.1陽(yáng)極競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)第一個(gè)類(lèi)型的析出氧反應(yīng)可能有如下三個(gè):2OH e=2H 2O+O.5O（p（5）=0.4V或 H2O e=O.5O 2+2H

6、 +(P(6)=1.23V2SO42e=SO 3+O.5O 2（8）=1.86V(8)第二個(gè)類(lèi)型的陽(yáng)極溶解反應(yīng)可能有如下三個(gè):Pb e=Pb 2+(9)= -0.126V(9)Pb+2SO 42"-e=PbSO 4(10)= -0.356V(10)Pb+2H 2O e=PbO 2+4H +(|)?(11)=0.655V(11)在金屬自由表面接近完全消失時(shí)，還會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):Pb + +2H 2O-2e -PbO2+4H +（|）?（12）=1.45V(12)它們?cè)陔娊獬练e過(guò)程中，按其標(biāo)準(zhǔn)電位大小，應(yīng)該是0H 放電析出氧，但由于電解液中硫酸濃度很高，0H-的濃度極低，幾乎接近10-14

7、左右，由能斯特 公式計(jì)算，它與電解水反應(yīng)的析出電位是近似的。至于在實(shí)際生產(chǎn)中，究竟是 0H-放電產(chǎn)生水，還是電解水，有待于進(jìn)一步研究。但有一點(diǎn)是可以肯定的，無(wú) 論是0H-放電產(chǎn)生水，還是電解水，反應(yīng)的結(jié)果都是在陽(yáng)極上放出氧氣。由于 析出氧的結(jié)果，使溶液中的 H+的絕對(duì)數(shù)增加，從而與 SO42-結(jié)合生成H2SO4， 這是生產(chǎn)過(guò)程所需要的。5.2.1.2氧在陽(yáng)極析出的超電壓比較陽(yáng)極溶解反應(yīng)（12 ）與陽(yáng)極正常反應(yīng)（5）的平衡電位，似乎反應(yīng)（5）比反 應(yīng)（10）先開(kāi)始進(jìn)行，但實(shí)際上析氧反應(yīng)發(fā)生在反應(yīng)（12）基本完成之后。這是因?yàn)?氧氣析出時(shí)一般有較大的超電壓。 超電壓的大小依據(jù)陽(yáng)極材料、陽(yáng)極表面形狀

8、及 其他因素而定。在一些金屬上氧的超電壓如下：金屬AuPtCdAgPbCuFeCoNi訊伏）0.520.440.420.400.300.250.230.130.12由于超電壓的存在，使得在陽(yáng)極上首發(fā)生的是鉛的溶解而不是氧的析出。隨著金屬自由表面基本上被PbO2覆蓋，阻止了鉛的溶解，電解過(guò)程就會(huì)隨即轉(zhuǎn)入 正常的陽(yáng)極反應(yīng)。結(jié)果在陽(yáng)極上放出氧氣，而使電積液中的H +濃度增加。生產(chǎn)中為了防止陽(yáng)極溶解，生產(chǎn)中有時(shí)還預(yù)先在陽(yáng)極上鍍PbO2膜。工業(yè)鋅電積的進(jìn)行始終伴隨著在陽(yáng)極上析出氧氣。氧的超電壓越大，則電解析出氧所消耗的電越多，因此，應(yīng)力求降低氧的超電壓，以降低電耗。由于鉛銀 陽(yáng)極的陽(yáng)極電位較低，形成的

9、PbO2較細(xì)且致密，導(dǎo)電性較好，耐腐蝕性較強(qiáng)， 故在鋅電積廠普遍采用。521.3雜質(zhì)離子放電與陽(yáng)極保護(hù)陽(yáng)極放出的氧，大部分逸出造成酸霧，小部分與陽(yáng)極表面的鉛作用，形成PbO2陽(yáng)極膜，一部分與電解液中的Mn 2+起化學(xué)變化，生成MnO 2。這些MnO 2一部分沉于槽底形成陽(yáng)極泥，另一部分粘附在陽(yáng)極表面上，形成MnO 2薄膜，并加強(qiáng)PbO2膜的強(qiáng)度，阻止鉛的溶解。在鋅電積時(shí)，陽(yáng)極還會(huì)發(fā)生許多其他反應(yīng)，如：Mn 2+ +2H 2O e=MnO 2+4H +©?(13)=1.25V(13)Mn 2+2H 2O e=MnO 4-+8H +©?(14)=1.50V(14)MnO 2+2

10、H 2O -3e=MnO 4+4H +©?(15)=1.7IV(15)C1-+2H 2O e=CIO 4-+8H +©?(16)=1.39V(16)2C1- -2e=C1 2 T©?(17)=1.36V(17)鉛陽(yáng)極反應(yīng)關(guān)系著陽(yáng)極壽命及陰極鋅質(zhì)量。電積液中的氟、氯是極其有害的。 它不僅使鉛陽(yáng)極腐蝕加劇，造成電積作業(yè)剝鋅困難及鉛陽(yáng)極單耗增加，而且還導(dǎo)致陰極鋅含鉛升高，電積槽上空含氟、氯升高，使操作條件惡化，嚴(yán)重影響工人 的身體健康。所以在工業(yè)生產(chǎn)中一般要求電積液中含氟、氯盡可能低。此外，由于鉛及其氧化產(chǎn)物具有不同的體積密度（cm3/g），如鉛為0.09，PbO2為0

11、.11，PbSO4為0.16，因此鉛陽(yáng)極表面的 PbO2層可能存在孔隙，甚 至部分脫落。在正常生產(chǎn)條件下，形成 PbSO4的反應(yīng)（10）仍有少量進(jìn)行。雖 然PbO2不溶于水，但PbSO4在電積液中仍有一定的溶解量。在工業(yè)電積液中， Pb2+含量最高可達(dá)510mg/L，這樣會(huì)使陽(yáng)極壽命縮短，并使析出鋅質(zhì)量降低。在工業(yè)生產(chǎn)中，可通過(guò)控制電積液中 Mn 2+濃度來(lái)降低析出鋅含鉛量和減緩 鉛陽(yáng)極的化學(xué)腐蝕。這是因?yàn)镸n2+在陽(yáng)極上被氧化生成 MnO 2粘附在陽(yáng)極表面 形成保護(hù)膜，阻礙了鉛的溶解。因此，在鋅電積過(guò)程中，應(yīng)該始終維持反應(yīng)（13） 的進(jìn)行。但是，MnO2在陽(yáng)極過(guò)多地析出，一方面會(huì)增加浸出工序

12、的負(fù)擔(dān)，另一 方面會(huì)引起電積液中Mn 2+貧化而直接影響析出鋅質(zhì)量。522陰極過(guò)程5.2.2.1陰極反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)條件下，鋅電積液中含有 Zn 2+5060g/L和H2S04l20-180g/L 。如果不考慮電積液中的雜質(zhì)，則通電時(shí)，在陰極上僅可能 發(fā)生兩個(gè)過(guò)程(1) 鋅離子放電，在陰極上析出金屬鋅：Zn 2+2e=Zn旗佝=.763V(18)(2) 氫離子放電，在陰極上放出氫氣：2H+2e=H 2f(19)=0.000V(19)在這兩個(gè)放電反應(yīng)中，究竟哪一種離子優(yōu)先放電,對(duì)于濕法煉鋅而言是至至關(guān)重要的。從各種金屬的電位序(見(jiàn)表 4 )來(lái)看，氫具有比鋅更大的正電性, 氫將從溶液中優(yōu)先析出，而不

13、析出金屬鋅。但在工業(yè)生產(chǎn)中能從強(qiáng)酸性硫酸鋅溶 液中電積鋅，這是因?yàn)閷?shí)際電積過(guò)程中，存在由于極化所產(chǎn)生的超電壓。 金屬的 超電壓一般較小，約為0.03伏，而氫離子的超電壓則隨電積條件的不同而變。塔費(fèi)爾通過(guò)實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)總結(jié)出了超電壓與電流密度的關(guān)系式，即著名的塔費(fèi)爾公式：nH=a+blgD k式中nH氫的超電壓，a常數(shù)，即電極上通過(guò)單位電流密度時(shí)的超電壓值，隨陰極材料、表面 狀態(tài)、溶液組成和溫度而變；只隨電解液溫度而變。Dk 陰極電流密度因此，電積時(shí)可創(chuàng)造一定條件，由于極化作用氫離子的放電電位會(huì)大大地改 變，使得氫離子在陰極上的析出電位值比鋅更負(fù)而不是更正，因而使鋅離子在陰極上優(yōu)先放電析出。這就是鋅

14、電積技術(shù)賴以成功的理論依據(jù)。522.2影響氫在陰極析出的超電壓的因素從以上分析可見(jiàn)，氫的超電壓在鋅電積實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。根據(jù)塔費(fèi)爾公式，影響氫在陰極析出的超電壓的主要因素有：(1 )陰極材料的影響由塔費(fèi)爾公式可見(jiàn)，a值改變，氫的超電壓就改變，即氫的超電壓隨陰極材 料而定。表51列出了在不同金屬陰極上析出氫的超電壓值。從表中可以看出，在不同金屬的陰極上氫析出超電壓值相差較大。 大體上可分為 三類(lèi)：高超電壓金屬：Pb、Cd、Hg、T1、Zn、Sn ;中超電壓金屬：Fe、Co、Ni、Cu、Au。低超電壓金屬：Pt、Pd表5 125 C時(shí)氫在不同金屬上析出的超電壓電流密度/(A?m -2)金屬名

15、稱AlZnPt *AuAgCuBiSnPbNiCdFe1000.8260.7460.0680.3900.7620.5841.051.0751.0900.7471.340.5575000.9680.9260.1860.5070.8301.151.1851.1680.8901.2110.70010001.0661.0640.2880.5880.8750.8011.141.2231.1791.0481.2160.81820001.1761.1680.3550.6880.9400.9881.211.2381.2351.2081.2461.25650001.2371.2010.5730.7701.030

16、1.1861.201.2341.2171.1301.2280.895(2 )電流密度的影響氫的超電壓：nH與電流密度Dk之間存在著直線關(guān)系，即氫的超電壓隨著電 流密度的提高而增大。這一點(diǎn)從表 51中也可看出。(3) 溫度的影響溫度升高，使氫的超電壓降低，容易在陰極上放電析出。值得注意的是，從b=2 X2.303RT/F得知，當(dāng)溫度升高時(shí)，b值應(yīng)該是升高的，氫的超電壓n h也 應(yīng)該升高。這與實(shí)際剛好相反，其原因是當(dāng)溫度升高時(shí)， a值是下降的，并且a 值的影響占主導(dǎo)地位，所以導(dǎo)致氫的超電壓隨著溫度升高而下降(表 5 2 )。(4) 陰極表面狀態(tài)的影響陰極表面狀態(tài)對(duì)氫的超電壓是間接影響。陰極表面越不

17、平整，則其真實(shí)的表面積越大，這就意味著真實(shí)的電流密度越小，而使氫的超電壓越小。表5 2在當(dāng)量濃度的硫酸溶液中氫在鋅上的超電壓(v)電流密度/ (Am-2)溫度/°c204060803001.1401.0751.0501.0405001.1641.1051.0751.07010001.1951.1451.1051.095(5) 電解液組成的影響電解液的組成或濃度不同，氫的超電壓有所不同。隨著溶液中鋅含量的增加, 則氫的超電壓下降。不同的雜質(zhì)和同一雜質(zhì)的不同濃度對(duì)氫的超電壓的影響也是 不同的，這是因?yàn)槿芤褐羞@些雜質(zhì)在陰極析出后局部的改變了陰極材料的性質(zhì)， 而使得局部陰極上氫的超電壓有所改

18、變。當(dāng)溶液中的銅、銻、鐵、鉆等雜質(zhì)的含 量超過(guò)允許含量后，它們將在陰極上析出，大大降低氫的超電壓。(6) 添加劑的影響由于添加劑可以改變陰極表面狀態(tài)，因而也可以改變氫的超電壓。如電解液 中加膠，可以改善陰極的表面結(jié)晶，提高真實(shí)電流密度，從而增加氫的超電壓。 但膠量應(yīng)根據(jù)具體情況而定，過(guò)量反而降低氫的超電壓。通過(guò)以上分析得知，雖然鋅的電極電位較氫的電極電位為負(fù)，但在生產(chǎn)實(shí)踐 中，由于氫的超電壓很大，金屬鋅的超電壓又很小，使得氫的實(shí)際析出電位比鋅 更負(fù)，從而保證了鋅的電解析出，而氫不析出。氫的超電壓的大小直接影響到鋅 電積過(guò)程的電流效率，提高氫的超電壓，就能相應(yīng)地提高電流效率。但是，由于 氫的標(biāo)準(zhǔn)

19、電極電位比鋅要正得多，力卩上在實(shí)際電積過(guò)程中影響氫的超電壓的因素 很多，因此在工業(yè)生產(chǎn)條件下總不可避免地有氫氣析出。氫氣的析出（工業(yè)生產(chǎn)中也稱為“燒板”）是工業(yè)鋅電積中常常遇到的技術(shù)難題，嚴(yán)重時(shí)甚至不析出鋅 片。所以鋅電積技術(shù)的成功運(yùn)用在很大程度上有賴于設(shè)法保持高的氫的超電壓， 使析氫反應(yīng)盡可能少發(fā)生，以便析鋅反應(yīng)仍具有足夠高的電流效率。 522.3雜質(zhì)在電解沉積過(guò)程中的行為 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常由于電解液中含有某些雜質(zhì)，嚴(yán)重地影響陰極鋅的質(zhì)量和降 低電流效率。雜質(zhì)對(duì)電流效率的危害，主要是使 H +容易在鋅陰極上析出，因而加速了鋅 陰極的反溶解，更加速了氫的析出，從而使電流效率降低。（1 ）雜質(zhì)

20、對(duì)電流效率的影響根據(jù)雜質(zhì)對(duì)電流效率的影響程度，大致分為三類(lèi)。第一類(lèi)為Pb，F(xiàn)e，Ag等，在一般工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)鋅電流效率影響不大， 但對(duì)析出鋅質(zhì)量影響較大。硫酸鋅溶液中的鐵常以Fe2（SO4）3形式存在。它與陰極上已析出的鋅發(fā)生反 應(yīng)，使鋅反溶解，并生成FeSO4。Fe2（SO4）3+Zn=2FeSO 4+ZnSO 4生成的FeSO4又在陽(yáng)極氧化生成Fe2（SO4）3。4FeSO4+2H 2SO4+O 2=2Fe 2（SO4）3+2H 2O這樣溶液中的鐵離子反復(fù)在陰陽(yáng)極上還原氧化，降低了電流效率，特別是當(dāng)溶液溫度升高時(shí)，更有利于以上兩反應(yīng)的進(jìn)行。因此，降低電積液溫度，加強(qiáng)浸 出液的中和除鐵，是消

21、除鐵對(duì)電積過(guò)程有害作用的有效措施。 在實(shí)際生產(chǎn)中要求 電積液含鐵小于20mg/L。第二類(lèi)是Co，Ni，Cu等，他們對(duì)降低鋅的電流效率有較為明顯的作用。溶液中的鉆離子對(duì)鋅電積過(guò)程危害較大， 它在陰極放電析出，并與鋅形成微 電池，使已析出的鋅反溶解，工業(yè)上稱“燒板”。反溶特征是背面有獨(dú)立小圓孔， 嚴(yán)重時(shí)可以反溶透，由背面往正面溶，正面灰暗，背面有光澤，未反溶透處有黑 邊。當(dāng)溶液中同時(shí)有較高含量的銻和鍺存在時(shí)，更加劇了鉆的危害作用。往電積液中添加適量的膠，可消除或減輕鉆的危害作用。如果溶液中銻、鍺及其他雜質(zhì) 含量較低時(shí)，溶液中適量的鉆存在，對(duì)降低析出鋅含鉛量有利?，F(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐中 要求電積液含鉆一般小

22、于1mg/L 。鎳離子與鉆離子一樣，在陰極上放電析出，也與鋅形成微電池。反溶特征是 呈現(xiàn)葫蘆瓢形孔，由正面往背面燒。當(dāng)溶液中存在鉆和鎳時(shí)，往電積液中加入少 許B萘酚可以抑制鉆、鎳的有害作用，現(xiàn)代電鋅廠一般要求溶液含鎳小于 1mg/L 。銅離子在陰極上放電析出，并與鋅形成微電池，造成析出鋅反溶。反溶特征 是圓形透孔，由正面往背面反溶，孔的周邊不規(guī)則。溶液中銅的來(lái)源除凈化不徹底使新液中含銅超過(guò)允許范圍外，在電積操作 中，陰陽(yáng)極銅導(dǎo)電頭的硫酸銅結(jié)晶物帶入電積液，也是溶液中銅的來(lái)源之一，因此，必須在操作時(shí)引起高度重視。一般要求電積液含銅小于0.5mg/L。第三類(lèi)是Ge, Te，Se，Sb，As等，對(duì)降

23、低電流效率最為劇烈?，F(xiàn)代電鋅 廠一般要求電積液含 As，Sb，Se不能大于0.10.3mg/L，而Te，Ge不能 大于 0.02 0.04mg/L。砷、銻都能在陰極上放電析出，并引起析出鋅反溶解。砷引起反溶時(shí)，析出 鋅表面呈現(xiàn)條溝狀；銻引起反溶的特征是表面呈現(xiàn)粒狀。溶液含砷、銻高所引起 的析出鋅反溶，是一般工廠較常見(jiàn)的現(xiàn)象。為了消除這種現(xiàn)象，要求在浸出工序 中加強(qiáng)中和水解除砷銻的操作，控制中上清液含砷、銻均不超過(guò)1mg/L。同時(shí)強(qiáng)化凈液作業(yè)，提高鋅粉置換反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)凈化時(shí)間。降低電積液的溫度，也可減輕砷銻的有害作用。在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)砷銻引起析出鋅反溶時(shí)，往電積液中 加入適量的骨膠和皂角粉，也

24、可改善析出狀況，減輕析出鋅反溶。鍺是最有害的雜質(zhì)。它在陰極上析出后，造成陰極鋅的強(qiáng)烈反溶，電流效率 急劇下降。鍺引起鋅反溶的特征是由背面向正面溶，形成黑色圓環(huán)，嚴(yán)重時(shí)形成大面積的針狀小孔。鍺的危害作用，不僅在于它使已析出的鋅反溶，而且還由于 鍺離子在陰極析出后，與氫生成氫化物，這種氫化物繼續(xù)與氫離子作用生成鍺離 子，重新在陰極放電。反應(yīng)過(guò)程可用下列反應(yīng)式表示。Ge4+4e=GeGe+2H 2+4e=GeH 2GeH 4+4H +=Ge 4+ +4H 2當(dāng)幾種雜質(zhì)（包括添加劑）同時(shí)存在時(shí)，會(huì)改變個(gè)別雜質(zhì)的影響，出現(xiàn)協(xié)同作用。例如，隨Sb含量的增加，Co的危害性也增加。（2）雜質(zhì)對(duì)鋅析出狀態(tài)的影響

25、當(dāng)雜質(zhì)單獨(dú)存在時(shí)，雜質(zhì)對(duì)鋅析出狀態(tài)的影響大約可分成四類(lèi)：第一類(lèi)為In，Cu，Co，在含量小于10mg/L時(shí)，對(duì)鋅沉積物的結(jié)晶幾乎無(wú) 影響，其表面狀態(tài)如純鋅溶液。但有時(shí)銅的存在會(huì)使沿電極面的垂直方向，出現(xiàn)一些較深的小孔。當(dāng)含鉆高時(shí)，鉆能在陰極上析出，析出的鉆呈單獨(dú)相存在，因 此形成貫穿的小孔，孔徑有時(shí)達(dá)15mm。第二類(lèi)為Ni，As，Cd，Te，Pb，當(dāng)含量小于1.0mg/L 時(shí)，一般均對(duì)鋅的 晶體長(zhǎng)大有抑制作用，從而得到細(xì)小的陰極沉積，但是As大于30mg/L時(shí)，使陰極形成海綿狀鋅。Ni大于10mg/L時(shí)，則像鉆一樣，使陰極形成小的孔洞。第三類(lèi)為Hg，Ag及Ga，當(dāng)含量小于10mg/L時(shí)，得到有

26、光澤的晶體， 陰極沉積物呈現(xiàn)條紋狀。第四類(lèi)為Ge，Sb，Te，Se等，均易使陰極形態(tài)發(fā)生很大變化，如電積液中Se由0.1mg/L 增到1.0mg/L 時(shí)，使陰極鋅穿孔數(shù)目增多，Te由0.01mg/L 增至0.05mg/L 時(shí)，使鋅陰極表面迅速形成樹(shù)枝狀瘤，色澤發(fā)暗，在對(duì)應(yīng)于樹(shù) 枝狀瘤的基底，面向鋁板的一面，可看到鋅的穿孔溶解；Ge在0.1mg/L以下時(shí)，使鋅陰極呈現(xiàn)較平的條紋狀，當(dāng)由 0.1mg/L增至0.5mg/L時(shí)，影響與Se 相似，但小孔形成數(shù)量更多。又如含 Sb為0.1mg/L時(shí)，六方體晶體呈散亂分 布，嚴(yán)重時(shí)表面凹凸不平并長(zhǎng)瘤；Sb含量再增加時(shí)，則使陰極形成垂直溝狀條 紋，表面形成麥

27、芽及海綿鋅。多種雜質(zhì)共存時(shí)對(duì)陰極結(jié)晶形態(tài)的影響與雜質(zhì)單獨(dú)存在時(shí)常有差異。如電積液中Pb含量愈高，電流密度愈低，則陰極鋅中鉛含量愈高，陰極結(jié)晶形態(tài)及方 向性也逐漸變壞，但當(dāng)同時(shí)有適量的 Sb及膠存在時(shí)，化學(xué)質(zhì)量及物理狀態(tài)都有 一定的改善。523電流效率及其影響因素電流效率是鋅電積過(guò)程中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，首先應(yīng)明確其概念。5.2.3.1法拉第定律與電化當(dāng)量物理學(xué)家和化學(xué)家法拉第（17911867年）在進(jìn)行電化學(xué)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電 流通過(guò)電解液時(shí)，在電極與溶液界面間發(fā)生電化學(xué)變化的物質(zhì)的量與所通過(guò)的電 量成正比，這就是法拉第第一定律。當(dāng)相同的電量通過(guò)不同的電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上所獲得的各種產(chǎn)物

28、的量的比例， 等于它們的化學(xué)當(dāng)量之比。這一規(guī)律就叫 做法拉第第二定律。根據(jù)法拉第第二定律可知：當(dāng) 96500C （即1mol ）電量通過(guò)不同的電解質(zhì) 溶液時(shí)，在電極上將獲得1mol的任何產(chǎn)物，而與物質(zhì)的本質(zhì)無(wú)關(guān)。96500C電 量就稱為法拉第單位，用F表示。即：F=96500C=2.68A?h某金屬的電化當(dāng)量就是它的原子量 Ar除以其離子價(jià)數(shù)z,再除以法拉第單 位所得的商。在工業(yè)上通常用每 A?h析出的金屬量（克）來(lái)表示電化當(dāng)量 q。 即：q=Ar -（z X26.8）鋅的電化當(dāng)量為65.38十(2 X26.8)=1.22g?A -1?h-1)。各種金屬的電化當(dāng)量列于表5 3 o因此，法拉第定

29、律可以用下式表示：m=q ?I?t式中m 析出物質(zhì)的質(zhì)量，g ；q 析出物質(zhì)的電化當(dāng)量，22 g?A -1 ?h-1 ；I電流，A；t 通電時(shí)間，h。5.2.3.2電流效率在生產(chǎn)實(shí)踐中，在陰極上通過(guò)1法拉第電量往往不能析出1mol的鋅。這是 因?yàn)樵诮饘黉\析出的同時(shí)，還有雜質(zhì)及氫氣析出陰極沉積物的氧化和溶解， 以及 電極短路及漏電損失等。因此，提出了電流有效利用的問(wèn)題，即電流效率的問(wèn)題。表53常見(jiàn)金屬的電化當(dāng)量元素名稱化合價(jià)原子量電化當(dāng)量/元素名稱化合價(jià)原子量電化當(dāng)量/鋁Al326.970.3356錳Mn254.931.025鉍Bi3209.02.600砷AS374.920.932氫H11.00

30、80.0376銅Cu163.572.373鐵Fe255.851.0424銅Cu263.571.186鐵Fe355.850.6949鎳Ni258.7l1.095金Au1197.27.361汞Hg1200.67.488鎘Cd2112.42.098鉛Pb2207.23.867鉆Co258.941.100銀Ag1107.94.027鎂Mg224.320.4539鋅Zn265.38l.220在工業(yè)上，常用電積過(guò)程實(shí)際產(chǎn)出的析出鋅量與通過(guò)相同電量理論上應(yīng)得析 出鋅量的百分比來(lái)表示電流效率，計(jì)算方法如下：電流效率X100 %即n= xioo%式中ni陰極電流效率，;m 在t時(shí)間內(nèi)的析出鋅實(shí)際產(chǎn)量，g ;I通

31、過(guò)陰陽(yáng)極之間的電流，A；t電積時(shí)間，h ；n電積槽數(shù)；q 鋅的電化當(dāng)量，1.220 g?Aw-1。在生產(chǎn)實(shí)踐中，因具體條件不同，鋅電積的電流效率高低也不同， 現(xiàn)代濕法 煉鋅工業(yè)中陰極電流效率大都波動(dòng)在 85 %95 %之間。2000年各煉鋅廠的平 均電流效率上升到90.3 %。5.2.3.3影響電流效率的因素影響電流效率的因素主要有：電解液的含鋅量、酸度、溫度、純度，電流 密度，添加劑的使用情況，陰極析出周期和漏電損失等。生產(chǎn)中應(yīng)分析其影響因 素，采取有力措施，努力提高電流效率。(1) 電解液中的含鋅量圖51電流效率與不同電積液含鋅及含酸量的關(guān)系一般說(shuō)來(lái)，電流效率隨電解液含鋅量的增加而升高。當(dāng)

32、鋅的含量增加時(shí)，鋅的析出電位變正，即在陰極上不需要那樣負(fù)的電位就可以析出了。相反，當(dāng)鋅的含量減少時(shí)，鋅的析出電位變負(fù)，必須施加更大的電壓，鋅才能在陰極上析出， 此時(shí)將有利于其他雜質(zhì)的沉積析出和氫的放電析出；若電解液含鋅過(guò)低，則硫酸濃度相對(duì)增大，造成析出鋅的反溶。所有這些都將導(dǎo)致電流效率降低。 所以說(shuō)提高電解液中的含鋅量，有利于提高電流效率。圖5 1顯示出了當(dāng)電流密度為 100A/m 2，溫度為30 C時(shí)，在不同酸度下，電解液中鋅含量與電流效率的關(guān)系般認(rèn)為，在500550A/m 2的電流密度下，維持電積液含鋅 4560g/L，可以獲得不低于90 %的電流效率(2) 電解液酸度酸度過(guò)低，硫酸鋅會(huì)發(fā)

33、生水解生成氫氧化鋅， 致使陰極鋅呈海綿狀態(tài)，并且使電解液的導(dǎo)電性能降低。但酸度也不能過(guò)高，否則會(huì)使電流效率顯著下降。因?yàn)樗岫仍黾?，析出鋅反溶加劇，氫在陰極析出的可能性增大。因此，在500 550A/m 2的電流密度下，需要維持電積液含酸 120150g/L(a)電解液含鋅150g/L(b)電解液含鋅80g/L圖5 3在不同酸度時(shí)電積液中鋅含量與電流效率之間的關(guān)系需要指出的是：電解液含鋅量和含酸量存在著相互依存、相互制約的關(guān)系 故在工業(yè)實(shí)踐中，鋅電積液中鋅、酸含量的控制不能割裂開(kāi)來(lái)考慮，而是將酸鋅 比作為一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。例如，通過(guò)控制電積廢液鋅、酸含量，來(lái)控制酸鋅比。一般酸鋅比控制在

34、33.5 : 1。當(dāng)新液含鋅高時(shí)控制溶液含酸不超過(guò)200g/L，當(dāng)新液含鋅低時(shí)控制廢液含鋅不低于45g/L，從而維持電積過(guò)程高的電流效率。(3) 電解液溫度圖53在不同溫度下電流效率與電積液酸度的關(guān)系由于氫的超電壓隨溫度的升高而降低，雜質(zhì)的危害及析出鋅的反溶也隨溫度 的升高而加劇。圖5 3是在不同溫度下電流效率與電積液溫度的關(guān)系。(電積條件為：電流密度1000A/m 2，電積液含H2SO4l50g/L，含Zn2+ 55g/L)。由于電解液電阻及電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生焦?fàn)枱?，使得電解液溫度不可避免地?huì)升高。因此， 必須對(duì)電解液進(jìn)行降溫。常用的方法是：采用大循環(huán)，即往新液中添加大量廢液 經(jīng)冷卻后送電積槽。

35、例如，國(guó)內(nèi)某廠采用廢液與新液比高達(dá)1525 : 1，混合液經(jīng)空氣冷卻塔冷卻后送電積槽，電積液溫度控制在3842 C。(3) 電流密度和陰極表面狀態(tài)隨著電流密度的增大，氫的超電壓增大，對(duì)提高電流效率有利。但在生產(chǎn)中， 往往遇到相反的情況，電流密度升高，電流效率反而降低，這是因?yàn)楫?dāng)提高電流 密度時(shí)，一方面要求往電積槽中補(bǔ)加硫酸鋅的速度加快， 加大；另一方面又要求 保證電積液的冷卻。如果單純提高電流密度，滿足不了電流密度提高而提出的上述要求， 電流效 率不但不能提高，反而下降。析出鋅表面如果粗糙或呈樹(shù)枝狀時(shí)就增加了陰極表面積， 使實(shí)際陰極面積電 流下降，從而降低了電流效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)陰陽(yáng)極接觸短

36、路。 向電解液中加 入適量膠質(zhì)或某些表面活性劑可使析出鋅表面平整、 光滑、致密。常用的是動(dòng)物 膠，預(yù)先將其溶化后均勻加入電解槽內(nèi)，并控制在電解液中膠的濃度為1015mg/L。膠量過(guò)多，會(huì)使鋅片發(fā)脆，并使電解液電阻增大。為了充分利用發(fā)電廠的生產(chǎn)能力，提高電網(wǎng)的安全性，包括我國(guó)在內(nèi)的一些 國(guó)家對(duì)電高峰和低谷時(shí)的電價(jià)制定了不同的價(jià)格，高峰電價(jià)高，低谷電價(jià)低。這一政策促使了各電鋅廠紛紛調(diào)整鋅電積的供電制度。 鋅電積白天與黑夜的電流密 度變化很大，用電高峰時(shí)，電流密度僅為450500A/m 2，用電低谷時(shí)，電流密度高達(dá)550580A/m 2,從而獲得了較多的峰谷電差價(jià)利潤(rùn)。但在實(shí)際操作 中，必須注意控制

37、合理的技術(shù)條件，確定合理的供電制度，以保證各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)，特別是電流效率和直流電單耗不致波動(dòng)很大。(4) 電解液純度凡是電解液中存在的能降低氫超電壓和能以鋅為陽(yáng)極形成微電池反應(yīng)的較正電 性的金屬雜質(zhì)，都會(huì)使鋅電積的電流效率降低。如鐵、鎳、鉆、銅、砷、銻及鍺 的存在，大都會(huì)引起燒板、析出鋅反溶等陰極沉積鋅的表面狀態(tài)變化，使電流效 率大大降低。但是由于各個(gè)工廠的生產(chǎn)條件或各研究者的實(shí)驗(yàn)條件的差別，各種雜質(zhì)對(duì)電流效率影響程度也就不盡相同，所以各廠規(guī)定的中性凈液中雜質(zhì)的含量 也有差異。根據(jù)加拿大Trail廠總結(jié)的各種少量元素對(duì)鋅的電積電流效率的影響概括如下：V、Nb、Ta：這三種元素的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)到

38、1mg/L時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響電流效率， 但一般在電解液中不存在這些元素；Mn :錳離子太高對(duì)電流效率有一些影響，因?yàn)楦邇r(jià)錳離子會(huì)在陰極還原。鋅的電解液中要求Mn2+含量在1.53.0g/L范圍中有利于浸出和電積；Fe、Ni、Co :這些元素能降低電流效率，尤其是鉆，故希望電解液中的濃度(mg/L) : Fe<5、Co<0.3、Ni<0.3 ;Cu、Ag、Au :從電流效率考慮，希望電解液中它們的濃度均小于 0.1mg/L ;Cd、Hg :在某些雜質(zhì)存在時(shí)，鎘可阻止它們對(duì)電流效率的影響，汞沉在鋁陰極上還增加電流效率，希望電解液中 Cd<0.5mg/L ;Ge、Sn : 般應(yīng)分

39、別小于 0.05mg/L 和 0.1mg/L，希望 Ge<0.02mg/L ， 因?yàn)殒N對(duì)電流效率影響最大;As、Sb :電解液中As<1mg/L , Sb<0.01mg/L 才不會(huì)影響電流效率。根據(jù)文獻(xiàn)資料對(duì)雜質(zhì)的分類(lèi)法，對(duì)鋅電流效率影啊較大的雜質(zhì)有：As、Sb、Ge、Co、Ni、Se，從而確定了電解液中與精礦中雜質(zhì)的容許含量如表10.10所分類(lèi)【=1=兒糸電解液中含量/(mg L1)精礦中含量/%備注AsO.050.2SbO.05O.1Ge0.005O.0051CO0.1O.005NiO.1O.006SeO.001這類(lèi)雜質(zhì)降低氫析出的超電壓，從而降低電流效率Cl100O.0

40、32這類(lèi)雜質(zhì)腐蝕陽(yáng)極，使析出鋅含鉛高F50O.015CuO.05CdO.33這類(lèi)雜質(zhì)降低析出鋅的質(zhì)量PbO.044.O示。表54雜質(zhì)在鋅電解液中與精礦中的容許含量(4) 電解液的循環(huán)制度隨著鋅電積過(guò)程的進(jìn)行，鋅在陰極析出，陰極附近的鋅離子濃度不斷降低, 酸度不斷升高，電流效率隨之降低。為了維持陰極附近一定的鋅、酸濃度，需電 解液不斷循環(huán)，即不斷往槽內(nèi)供給按一定比例混合有中性硫酸鋅溶液的廢電解 液，同時(shí)從槽內(nèi)排出相應(yīng)的廢電解液。 加大電解液的循環(huán)速度，可以消除濃差極 化現(xiàn)象，及時(shí)補(bǔ)充鋅以維持一定的濃度， 保持較低的電解液溫度，獲得較高的電 流效率。同時(shí)有利于提高面積電流，增加產(chǎn)量，降低電能消耗，

41、但會(huì)使陽(yáng)極泥懸 浮量增多，增加陽(yáng)極泥包析在陰極鋅內(nèi)的機(jī)會(huì)，增加溶液的漏電損失等。（5）析出（電積）周期電流效率隨著電積時(shí)間的增加而降低。 表5 5說(shuō)明了電積時(shí)間與電流效率 密切相關(guān)?？梢?jiàn)，電積周期越短，電流效率越高；但電積周期短則出裝槽頻繁， 工人勞動(dòng)量大，陰極鋁板消耗增加。若電積周期過(guò)長(zhǎng)，析出鋅表面變得粗糙，電 流效率隨之降低。一般電積周期采用 24h作業(yè)（人工剝鋅情況下），機(jī)械化和 自動(dòng)化剝鋅要求析出鋅要達(dá)到一定的厚度，通常采用電積周期為4872h。我國(guó)西北鉛鋅冶煉廠電解車(chē)間自動(dòng)化剝鋅時(shí)采用48h電積周期，析出鋅厚度35mm。表55鋅電積時(shí)間對(duì)電流效率的影響電積時(shí)間/h電流效率/%析出鋅表

42、面狀況1991.317平整2490.635呈雞皮疙瘩狀3780.804呈樹(shù)枝狀、灰黑色（6）添加劑的使用如果陰極鋅沉積成粗糙面與樹(shù)枝狀，這就大大地增大了鋅的表面積，會(huì)降低 真正的電流密度，使得氫的超電壓下降，因之就降低了電流效率。為了得到致密 光滑的陰極鋅，向電解液中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿Ｖ饕悄z及某些表面活性物質(zhì)甲 酚、B萘酚等。通常使用動(dòng)物膠（H2NCHRC00H ），它在酸性溶液中帶正電 荷。電解時(shí)，經(jīng)直流電作用移向陰極，并吸附在高面積電流的點(diǎn)上，阻止了晶核 的成長(zhǎng)，迫使放電離子形成新晶核，使析出鋅呈光滑平整細(xì)粒結(jié)晶的組織； 能減 少銻、鉆等雜質(zhì)的有害影響；能增加氫的超電壓，抑制氫析出；能阻

43、止雜質(zhì)在陰 極上的微電池作用而減少鋅的反溶。但是如果骨膠加入過(guò)多，會(huì)使陰極鋅片發(fā)脆， 電解液的電阻增加，對(duì)生產(chǎn)也是不利的。加入電解液中的骨膠量一般控制在0.011g/L。其它表面活性物質(zhì)具有相同的作用。有些工廠采用混合添加劑獲 得了比較好的效果。(7 )漏電損失減少漏電損失也是提高電流效率的有效措施。生產(chǎn)中應(yīng)力求做到：及時(shí)清理絕緣縫，保持現(xiàn)場(chǎng)清潔、干燥，以防止供電線路及電解槽對(duì)地的漏電；電解液進(jìn) 電解槽之前或廢電液出電解槽后， 采用溶液斷流器(如三級(jí)虹吸、翻板式與飛濺 斷流器等)，以減少漏電損失；切實(shí)加強(qiáng)操作管理，減少電解槽內(nèi)陰陽(yáng)極短路的 漏電現(xiàn)象。5.2.4槽電壓與電能消耗5.2.4.1槽電

44、壓槽電壓就是電解槽內(nèi)相鄰陰陽(yáng)極之間的電壓降數(shù)值。在生產(chǎn)中是用所有串聯(lián)電解槽的總電壓降，減去總導(dǎo)電板的電壓降，然后除總槽數(shù)求得。V槽=式中V槽槽電壓；Vi所有串聯(lián)電積槽總電壓；V2導(dǎo)電板電壓降；N總電解槽數(shù)。槽電壓是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接影響到鋅的電能消耗。槽電壓大體 由ZnSO 4的分解電壓、超電壓、電解液電阻的電壓降、陽(yáng)極陰極及接線電阻電 壓降、陽(yáng)極泥電壓降等組成。即：V槽=分+V液+V極+V接+V泥現(xiàn)分別進(jìn)行討論。(1) 硫酸鋅的分解電壓實(shí)際的鋅電積過(guò)程中的硫酸鋅的分解電壓是陽(yáng)極電壓和陰極電壓的代數(shù)和， 即硫酸鋅的理論分解電壓©及超電壓n組成，它與電解液的溫度、含鋅量、含酸

45、 量及電流密度等有關(guān)，一般在 2.42.8伏。(2) 電解液電阻電壓降槽電壓隨面積電流的降低、電解液溫度和酸度的升高、極間距離的減小而降 低?？s短極距有利于槽電壓降低。在生產(chǎn)實(shí)踐中要降低電解液電阻的電壓降，就 要控制電解液的組成(含酸高電阻低，含鋅高電阻高)、溫度、電流密度；但最 主要的，也是較易實(shí)現(xiàn)的是縮短極間距離。我國(guó)工廠一般采用同極中心距為 6065mm，西北鉛鋅冶煉廠同極距為75mm，以便于機(jī)械化出裝槽。電解液中的雜質(zhì)離子和膠等會(huì)增大電解液的比電阻。電解液電阻電壓降約為0.4 0.6V。(3) 陽(yáng)極、陰極及接線電阻的電壓降陽(yáng)極板、陰極板都有一定的電阻。要克服這些電阻就要消耗一部分分電壓

46、： 鉛銀陽(yáng)極，一般在0.020.03V ;鋁陰極一般為0.010.02V。若采用鉛一銀一 鈣三元合金陽(yáng)極，可降低槽電壓 0.020.03V。導(dǎo)電棒和接觸點(diǎn)的電壓降，與接觸的面積大小、接觸面的清潔程度、接觸點(diǎn) 的多少及兩接觸面間的壓力有關(guān)。 為了降低接觸電阻。必須保證接觸良好。一般 在0.030.05伏(陰、陽(yáng)極導(dǎo)電采用夾接法)。西北鉛鋅冶煉廠和株洲冶煉廠 新系統(tǒng)采用壓觸式搭接法，接觸點(diǎn)電壓降比夾接法高20mV左右。(4)陽(yáng)極泥電阻的電壓降隨著電解的進(jìn)行，陽(yáng)極表面生成的陽(yáng)極泥膜電具有一定電阻，因而也要消耗部分電壓，大約在0.150.2伏。清刷陽(yáng)極可以降低槽電壓。工廠的槽電壓一般多在 3.33.4

47、伏。如電流密度過(guò)咼，極間距過(guò)大，也能達(dá)到3.53.6伏。表5 6為槽電壓分配情況。5.242電能消耗電解沉積的電能消耗是指每生產(chǎn) 1噸析出鋅所需消耗的電能(度/噸鋅)。它是電解沉積鋅的又一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。表56鋅電解槽電壓分配情況項(xiàng)目電壓降/ V分配率/%硫酸鋅分解電壓2.4 2.675 80電解液電阻電壓降O.4 O.613 17陽(yáng)極電阻電壓降O.02 O.03O.7 O.8陰極電阻電壓降O.01 O.02O.3 O.5接觸點(diǎn)電阻電壓降O.03 O.051 1.4陽(yáng)極泥電阻電壓降0.15 O.2056槽電壓3.3 3.4100.00電能消耗一般指的是直流電能的單位消耗。這項(xiàng)消牦約占濕法煉

48、鋅成本的20 %。電能消耗與槽電壓成正比，與電流效率成反比。因此，降低槽電壓，提 高電流效率是降低電能消耗的兩大途徑?？梢?jiàn)降低每噸陰極鋅直流電單耗是降低 生產(chǎn)成本重要的一方面，必須采用一切措施降低槽電壓并努力提高電流效率。至于如何降低槽電壓，提高電流效率，前面已經(jīng)作了論述。目前各煉鋅廠的電流效率都為90 ±2 %，槽電壓為3.2 ±0.2V，則噸鋅電耗約為30003200kWh下面數(shù)字，反映了電能消耗與槽電壓、電流效率的關(guān)系：槽電壓（伏）電流效率（）電能消耗（度 /鋅）3.30 3.3585 883100 33003.2 3.570 75約 35005.3電解沉積鋅的主要設(shè)

49、備5.3.1電解槽電積鋅生產(chǎn)用的電解槽是一種長(zhǎng)方形的槽子。一般長(zhǎng)1.54.5m，寬0.71.2m，深12.5m。陰、陽(yáng)極板交錯(cuò)裝在電解槽內(nèi)，出液端有溢流堰和溢流口。 各電積鋅廠使用的電解槽的大小、 數(shù)目及制作材料不盡相同，電解槽的數(shù)目及大 小是依據(jù)選用的電解參數(shù)及生產(chǎn)規(guī)模確定的。 近年來(lái)由于采用大陰極板和機(jī)械化 剝鋅，電解槽的尺寸也隨之增大。電解槽按制作材料分類(lèi)主要有鋼筋混凝土電解 槽、塑料電解槽、玻璃鋼電解槽等。電解槽的長(zhǎng)度由選定的面積電流、陰極板數(shù) 量及極間距離而確定；寬度與深度由陰極板面積而確定。同時(shí)，為了保證電解液的正常循環(huán)，陰極邊緣到槽壁的距離一般為60100mm，槽深按陰極下緣距槽

50、底 400500mm 考慮，以便陽(yáng)極泥沉于槽底。 槽底為平底型和漏斗型。圖5 4電解槽結(jié)構(gòu)圖1槽體2軟聚氯乙烯襯里3溢流堰4瀝青油毛氈表5 7電解槽的特性項(xiàng)目株洲冶煉廠神岡廠Kokkola 廠Ecstan 廠彥島廠Balen 廠Trail 廠材質(zhì)鋼筋混凝土鋼板鋼筋混凝土鋼筋混凝鋼板鋼筋混凝土鋼筋混凝土襯里軟聚氯乙烯橡膠鉛皮土橡膠軟塑料軟塑料長(zhǎng)/ mm225017403740鉛皮285045505100寬/ mm850766800335286012301500深/ mm145012781500787175021502400單槽電極數(shù)1397陽(yáng)極/片331941344651陰極/片32184041

51、334550在我國(guó)，大部分電積鋅生產(chǎn)工廠采用鋼筋混凝土電解槽，外用瀝青油毛氈防護(hù)，內(nèi)襯鉛皮、軟塑料、環(huán)氧玻璃鋼等。圖 5 4為內(nèi)襯軟塑料的鋼筋混凝土電 解槽結(jié)構(gòu)圖。這種電解槽具有不變形、不漏電及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但易被電解 液腐蝕，因此要求嚴(yán)格的防腐措施。一些工廠使用不需內(nèi)襯的輝綠巖質(zhì)的電解槽， 這種電解槽不需任何內(nèi)襯，外壁也不需防腐，造價(jià)較前者低。近年來(lái)，還有些工 廠使用了全玻璃鋼電解槽及鋼骨架聚氯乙烯板結(jié)構(gòu)的電解槽，鋼骨架聚氯乙烯板結(jié)構(gòu)的電解槽維修極為方便。電解槽放置在進(jìn)行了防腐處理的鋼筋混凝土梁上，槽子與梁之間墊以絕緣瓷 磚。槽子之間留有1520mm的絕緣縫。槽壁與樓板之間留有80100

52、mm 的 絕緣縫。電解槽一般采用水平式配置，每個(gè)電解槽單獨(dú)供液，通過(guò)供液溜槽至各 電解槽形成獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)。某些工廠電解槽的特性列于表 5 7。5.3.2陽(yáng)極鋅電積的陽(yáng)極是不溶陽(yáng)極，要求具有良好的導(dǎo)電性；在電積過(guò)程中能夠防止 氧和硫酸的侵蝕，不應(yīng)含有能溶于電解液的雜質(zhì)；還應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在 電積過(guò)程中不致彎曲與扭歪。目前電積鋅使用的陽(yáng)極有鉛銀合金陽(yáng)極、鉛銀鈣合金陽(yáng)極和鉛銀鈣鍶陽(yáng)極 等。我國(guó)大部分工廠采用鉛銀合金（含銀 0.5 %1 %）陽(yáng)極，其制造工藝簡(jiǎn)單， 但由于含銀較高而造價(jià)較高。陽(yáng)極有鑄造陽(yáng)極和壓延陽(yáng)極。近年來(lái)Pb-Ag-Ca（Ag0.25 %, Ca0.05 %）三元合金陽(yáng)極和

53、Pb-Ag-Ca-Sr （Ag0.25 %, Ca0.059 , 61 %, Sr0.05 %0.25 %）四元合金陽(yáng)極被越來(lái)越多的電積鋅生產(chǎn)廠家所重 視，這種陽(yáng)極具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)（68年）、造價(jià)低、使用時(shí) 表面形成的PbO 2及MnO 2較致密使析出鋅含鉛低、降低陽(yáng)極電勢(shì)從而降低電能 消耗等優(yōu)點(diǎn)，但其制造工藝較復(fù)雜。圖5 5陽(yáng)極1 導(dǎo)電棒2 極板3導(dǎo)電頭4 吊裝孔5 小孔（為減輕極板重量）陽(yáng)極由極板、導(dǎo)電棒、導(dǎo)電頭和絕緣條組成。鉛銀合金板有壓延和鑄造兩種。 壓延板強(qiáng)度大，壽命長(zhǎng)；鑄造板制造方便，重量輕，但壽命較短。板面可做成平 板式或格網(wǎng)式兩種。格網(wǎng)陽(yáng)極與同樣尺寸的平板陽(yáng)極相比， 表面積要大，因此在 同樣大的電流下，格網(wǎng)陽(yáng)極的電流密度較小，有利于降低氧在陽(yáng)極上的超電壓， 重量輕，但強(qiáng)度較差，易彎曲，且不易清理陽(yáng)極泥。陽(yáng)極板的尺寸應(yīng)比陰極小些， 沉沒(méi)于電解液中的各邊比陰極小20mm 為宜，一般尺寸為高980mm，寬620mm，厚6mm。導(dǎo)電棒為斷面1214 X4046mm 的紫銅板，為使陽(yáng)極 板與棒接觸良好，將銅棒酸洗包錫后鑄入鉛銀合金中，再與極板焊接在一起。這樣還可以避免