电解车间工艺培训1

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1、2012321西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训目 录v锌电解沉积的基本概念v电流效率，槽电压及电能消耗v电解沉积的操作实践v电解沉积过程的主要技术经济指标新液v新液指标对电解沉积过程的影响v电解操作对锌锭的影响v电积工艺控制对浸出影响v电解生产对净化工序的影响2西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训第一节 锌电解沉积的基本概念一、锌电解沉积的一般概念电解沉积锌的过程是：将已经净化好的合格的硫酸锌溶液 （即新液），连续不断地从电解槽的进端送入电解槽中，以 铅银合金板做阳极，压延铝板做阴极，当通过直流电时，阴 极上析出金属锌，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。

2、这种经过 电解沉积后的电解液，叫做废电解液，它连续不断的从电解 槽的出液端溢出，一部分送往浸出工序，其余部分在电解系 统循环，阴极上析出的锌每隔一定周期（我车间为24小时） 取出来，将锌片剥下送去熔化铸锭，成为锌成品。阴极铝板 经过平整清刷后，再装入电解槽中继续进行电解沉积。3西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训v1、按采用的技术条件不同，锌电解过程一般可分为三种方法 ：v（1）、低酸低电流密度法，采用300400A/m2的电流密度和 含硫酸100130g/l的电积液；v（2）、中酸中电流密度法，采用400600A/m2的电流密度和 含硫酸130200g/l的电积液；v（3）、高酸高电流密度法，采用

3、6001000A/m2的电流密度和 含硫酸200300g/l的电积液；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。4西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训二、电离的概念除金属及

4、熔融的盐和碱是电流的良导体外，酸、碱 和盐的水溶液也能导电。根据电离理论：当酸、碱 和盐（统称电解质）溶于水中时，它们的分子或多 或少地离解成带电荷的离子，这种离解过程叫电离 。每一种电解质都能电离出带正电荷的正离子和带 负电荷的负离子，所有正离子所带正电荷的总和与 所有负离子所带负电荷的总和相等。因此，整个溶 液仍然保持电中性。但电流通过溶液时，溶液中的 正离子和负离子各自开始向彼此相反的方向移动： 正离子移向阴极，负离子移向阳极。它们在电极上 失去电荷（放电），实现了离子导电，放电后的离 子变成中性原子或原子团。5西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训三、锌电解沉积过程的阴阳极反应假设电解液中无其

5、它杂质，我们的电解液是纯净的 硫酸锌水溶液，则在电解液中就仅仅存在硫酸锌（ ZnSO4 ）、硫酸（H2SO4 ）和水（H2O ）。根据 电离理论，它们发生如下电离反应：ZnSO4 Zn2+SO42-H2SO4 2H+SO42-H2 O H+OH-当通过直流电时，带正电荷的锌离子（ Zn2+），接 受2个电子（放电）变成中性锌原子，在阴极上以 结晶状态析出：Zn2+ + 2e = Zn6西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训同样，带负电荷的氢氧根离子（OH-）移向阳极，在阳 极上失去2个电子（放电）放出氧气。2OH- - 2e = H2O + 1/2O2这样便可把电解沉积的过程列成如下反应方程式：在阴极

6、： Zn2+ SO42- +2e = Zn+ SO42- 在阳极： 2H+ 2OH- - 2e = 2H+ H2O + 1/2O2总的反应式为： ZnSO4 + H2O= Zn+ H2SO4 + 1/2O27西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训阴极4e-2Zn2Zn2+I2H2O阳极（ 不溶） 4e-2ZnSO44H+直流电源阴极4e-2Zn2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+ H2SO4+ H2O2Zn2+I2H2O阳极（ 不溶） 4e-2ZnSO44H+直流电源阴极4e-2Zn2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+ H2SO4+ H2O2Zn2+I2H2O阳极（ 不溶） 4e-

7、2ZnSO44H+直流电源2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+ H2SO4+ H2O8西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训1、阴极反应在电解液中，带正电荷的正离子，除锌离子外，还有氢 离子，它也有可能与锌离子一样，在阴极上得到两个电 子（放电）析出氢气，因而有如下两个反应：Zn2+ + 2e = Zn2H+ + 2e = H2在两个放电反应中，究竟哪一种离子优先放电，由以下 几个因素决定： （1）它们在电位序中的相对位置，具有较大正电性的离 子较易在阴极放电析出。 （2）它们在溶液中的离子浓度。 （3）电解沉积时组成的阴极材料。9西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训由电位序表可看出： 氢的标准电

8、极电位H2/2H+为 +0.000 (V） 锌的标准电极电位Zn/Zn2+为 -0.763（V） 因此，在阴极上应该是氢优先放电析出，但实际上， 由于氢离子在各种不同金属材料的阴极上析出时的 析出电位，要比它的电极电位大，需要外加一定的 电压，这种需要外加的使氢离子在阴极上析出的电 压就叫氢的超电压。氢离子在阴极锌上析出时的超 电压很大，结果使得氢离子在阴极上的析出电位值 比锌更负，因此，使锌离子优先在阴极上放电析出 。这就是锌能在硫酸锌水溶液中电解析出的原因。10西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训氢离子在阴极析出的超电压影响因素有（1）阴极材料；（2）电流密度；（3）电解液的温度；（4）加入电解

9、液中的添加剂；（5）溶液中的杂质含量。在生产中，为了使氢不在阴极析出，保证电解沉积有较高的电 流效率，总是采取一些增大氢的超电压的措施，如：降低电解 液温度、添加牛胶、降低电解液中的杂质含量等。在锌电解过程中，氢超电压与电解电流密度的关系可用塔菲尔 公式表示：影响氢在阴极析出的超电压的主要因素有： a、阴极材料的影响不同的阴极材料有不同的,b值，在不同的阴极上，氢析出超 电压的值相差较大，一般可按值的大小分为：高超电压金属（1.21.5伏），有Pb、Cd、Hg、Tl、Zn、 Sn、Al。中超电压金属（0.50.7伏），有Fe、Co、Ni、Cu、Au 。低超电压金属（0.10.3伏），有Pt、P

10、d。11西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训b、阴极电流密度的影响氢的超电压与阴极电流密度DK之间存在着直线 关系，即氢的超电压随阴极电流密度的提高而增大 。c、温度的影响温度升高，氢在阴极析出的超电压下降，容易在 阴极上放电析出。虽然温度升高使b值增大，但值 是减小的，总的影响是使氢的超电压降低。d、阴极表面状态的影响阴极表面越不平整，则阴极的实际表面积就越大 ，真实的电流密度就越小，从而使得氢的超电压也 就越小。12西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训e、电解液组成的影响电解液中的杂质在阴极析出后，局部改变子阴极材料的性质 ，从而使得局部阴极上氢的超电压有所改变。当溶液中的铜、 砷、锑、钴等杂质的含量

11、超过允许含量后，它们在阴极上析出 ，它们属于中、低超电压的电极，从而降低了氢气析出的超电 压。 f、添加剂的影响电积液中加胶，可以改善阴极的表面状态，从而增大氢的超 电压，但胶只能达到一定限度，过分增加胶量时氢的超电压又 开始下降。 2、阳极反应在阳极上主要有三个反应： （1） 2OH- - 2e = H2O + 1/2O2 （2） SO42- - 2e = SO3+1/2O2 （3）Pb - 2e= Pb2+13西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训在阳极，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

12、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= 2HMnO4 +2 H2SO4 反应生成的MnO4-使电解液呈紫红色， HMnO4又继 续与硫酸锰作用：14西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训2HMnO4 +3MnSO4 +2H2O =5MnO2 +3 H2SO4 反应生成的MnO2，一部分附着在阳极上，一部分沉 入槽底，称为阳极泥。 （2）少部分氧与阳极表面的铅作用：Pb+O2=PbO2PbO2保护阳极不受腐蚀。 （3）大部分氧气从阳极析出后逸出电解液表

13、面，并 带出少量电解液的微小颗粒，形成酸雾。阳极上的第三个反应是阳极上的铅溶解：Pb - 2e= Pb2+15西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训生成的铅离子在电位序中具有比锌高的正电性 ： 锌的标准电极电位Zn/Zn2+为 -0.763（V） 铅的标准电极电位Pb / Pb 2+为 -0.126（V） 故可在阴极上析出，使锌片含铅升高，降低锌 片质量。但在生产实践中，由于阳极表面生 成了一层氧化膜（PbO2）而钝化，同时又有 MnO2覆盖，故防止了铅阳极的溶解。这也就 是锌电解称为不溶阳极电解的原因。16西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训第二节 电流效率 槽电压及电能消耗一、电流效率及其影响因素电流效

14、率在电解沉积中是一项重要的技术经济指标 。根据法拉第定律，通过1A/h的电量，在阴极上应 产出1.22克锌，但在实际的电解沉积过程中得到的 锌量总是少于这一理论值，这是因为在阴极上除了 锌析出外，由于各种原因，氢的超电压降低时，氢 离子也在阴极上析出。此外，比锌更正电性的金属 杂质离子也在阴极放电析出，因而消耗了部分电流 。当绝缘设备条件损坏，操作上引起阴阳极接触等 ，都将导致电流的漏损。工业生产中，常用下式计 算电流效率：17西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训=m100%/(qItN) 式中：电流效率，%m析出锌实际产量，g;q电化当量，1.2202g/(Ah)I电流，A；t电解时间，h；N电解

15、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；18西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训（5）漏电和短路影响； （6）析出周期； （7）添加剂使用情况； （8）锌片剥离的难易程度； （9）下槽阴极的表面状态。 二、槽电压 槽电压是指电解槽内相邻阴阳极之间的电压降，可直 接用直流电压表测出。在生产上，通常用电源总电压 除以串联总槽数所得的商来表示。V=U/N19西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训槽电压变化在3.23.6V之间。槽电压是由硫酸锌的 分解电压、克服电解液电阻的电压降、阳极电压降 、阴极电压降、阳极泥电阻的电压降等五项组成。

16、 硫酸锌的分解电压占槽电压的78.30%，电解液的电 压降占12.13%。电极极化主要由电极表面上离子浓 度改变所致，因此在设备条件一定的情况下对槽电 压大小有决定性影响的因素就是极间距离、电流密 度、电解液的酸度和温度、导体接头情况以及其他 因素，缩短极距能够大大降低槽电压，从而减少电 能消耗，但极距过小对操作不利，还易发生短路。 我厂电解槽内的极间距离为75mm。20西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训三、电能消耗 电能消耗 是指每生产1t析出锌所消耗的电能，单位为KWh/t 。其计算公式如下： W=实际消耗电能（KWh）/析出锌产量（t） =UItN/IqtN=U/q 式中：W电能单耗，KWh/tZn;电流效率，%U槽电压，V；q电化当量，1.2202g/(Ah)I电流，A；t电解时间，h；N电解槽数目21西北铅锌冶炼厂电解生产工艺培训四、计算运用 1、