Меню

Оборудование для электролиза сульфата цинка



Оборудование для процесса электроосаждение цинка

Для электроосаждение цинка применяется полимербетонная ванна, армированная стеклопластиковыми прутками. Бетонный раствор готовится из кислотостойких инертных материалов. В качестве связующего применя­ется фурановая смола ( 4ФА). Внутренние размеры ванны из полимербетона: длина 2400 мм, ширина 950 мм, глу­бина 1475 мм; наружные размеры: длина 2600 мм, ширина 1130 мм, высота 1650 мм. Общая емкость ванн со­ставляет 2,7 м 3 , полезная емкость 2,6 м 3 .

Ванны распологают в цехе по схеме, в которой ванны сргуппированны по 20 шт в ряды (рисунок 9 ). Между ваннами имеются проходы для обслуживания.

Рисунок 9 – Схема компоновки и ошиновки ванн

При электролизе раствора сульфата цинка с нераст­воримыми анодами в ванне выделяется значительное ко­личество тепла. Так, при катодной плотности тока 600 А/м 2 и осаждении из 1 л раствора 100 г цинка в ре­зультате выделения тепла температура электролита в ванне повышается до 70° С. А так как, для получения наилучших показателей выхода цин­ка по току оптимальным является диапазон температур 36-38° С. Для охлаждения электролита применяется турбулентный контактный абсорбер изображенный на рисунке 10. Абсорбер имеет три решет­ки, на которые уложены шары. Сверху на шаровую на­садку подают охлажденный раствор, снизу вентилято­ром вдувают воздух. При прохождении воздуха через шаровую насадку она приходит в движение, напо­минающее кипящий слой. Благодаря этому обеспе­чиваются хороший контакт раствора с охлаждаю­щим воздухом и высокая удельная производитель­ность аппарата.

Рисунок 10 – Турбулентный контактный абсорбер (ТКА) электролита:

1 – люк; 2 – входное отверстие; 3 – первая площадка; 4 – шары из пластмассы; 5 – лестница; 6 – лест­ничная клетка; 7 – вторая площад­ка; 8 – каплеуловитель; 9 – выход­ное отверстие; 10 – форсунка для электролита; 11 – решетка; 12 – люк: 13 – смотровое окно; 14 – кор­пус; 15 – индикатор уровня жидко­сти; 16 – манометр; 17 – насос.

Температура нейтрального раствора на входе в охла­дитель составляет 45-55° С, отработанного электроли­та 38° С, смеси растворов, поступающих на электролиз 33° С.

Для отсоединения катодного цинка от катодов применяется ручная сдирка цинка, которая ведется в дневную смену. Про­цесс ручной сдирки состоит из операции снятия цинко­вого осадка с катодов и обслуживания ванн и электро­дов в период сдирки. Обе операции выполняют наиболее квалифицированные рабочие — катодчики. Ежедневно из каждой электролизной ванны вручную, пневматическим подъемником вынимается не­сколько катодов (от 3 до 7) с наращенным на них осад­ком цинка. Чем больше число одновременно поднятых за один прием катодов, тем более значительные по­тери электроэнергии при системе непосредственного контакта анод — катод, так как в это время на като­дах в соседних ваннах происходит обратное растворе­ние цинка.

С поднятых катодов стекает электролит и затем снимается цинковый осадок на свободной пло­щадке цеха электролиза. Сдирка цинка производит с обеих сторон катода вручную с помощью специального ножа, при этом предварительно отгибается резиновая бор­товая планка. Содранный с катодов цинк укладывается на тележки и доставляется электрокарами в плавильное отде­ление, а алюминиевые катоды устанавливают на свое место в ванне [4].

Источник

Электролиз цинка из растворов

date image2015-04-12
views image8038

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Электролизу подвергается раствор сульфата цинка , полученный при выщелачивании и прошедший очистку от примесей. Его состав неодинаков на разных заводах , г/л: 120 – 180 Zn; 2 – 10 Mn; 0,05 – 0,2 As; 0,01 – 0,015 Sb; 0,1 – 2,0 Cd; 0,2 – 5,0 Fe; 0,1 – 4,0 Co; 20 – 300 Cl; 20 – 50 F; 0,01 – 0,5 Ni; 0,05 – 0,12 Cu; 0,05 – 0,1 Ge.

Основные компоненты раствора – ионы Zn 2+ , SO 4- , Н + , ОН —

Цинк – один из наиболее электроотрицательных тяжелых металлов. Его стандартный потенциал равен –0,76 В. В силу этого электроосаждение цинка из кислых растворов – один из самых неустойчивых электрохимических процессов.

На катоде идет реакция восстановления ионов Zn 2+ из раствора до металлического состояния: Zn 2+ + 2е → Zn 0 Е= -0,76 В

На аноде электрическая энергия расходуется на разложение воды с образованием газообразного кислорода: Н2О – 2е → 0,5О2 + 2Н +

Теоретически при электролизе на катоде в первую очередь должны разряжаться ионы водорода (Е=0,0 В). Однако на катоде при повышенной плотности тока, высокой чистоте электролита, низкой его температуре и добавке в электролит поверхностно-активных веществ создается перенапряжение водорода. На перенапряжение водорода влияют материал катода, плотность тока, состав и температура электролита, состояние поверхности осажденного цинка:

— с повышением температуры электролита перенапряжение водорода снижается и это приводит к понижению выхода по току цинка.- электролит охлаждают

— в кислых растворах перенапряжение водорода снижается с повышением концентрации кислоты – концентрацию поддерживают на опред.уровне,

— катоды для электролиза цинка изготавливают из алюминия, т.к. на нем водород выделяется с большим перенапряжением (?φH0 = 1,1 В).

В результате этого потенциал, при котором происходит разряд ионов водорода Н + , становится более электроотрицательным — близким или даже меньшим, чем надо для разряда ионов Zn 2+ . И на катоде осаждается цинк.

Электролитическое выделение цинка сопровождается накоплением в электролите серной кислоты, которая выделяется в соответствии с реакцией

,

На каждый грамм осаждённого цинка в растворе образуется приблизительно 1,5 г серной кислоты. Поэтому в электролите цинковых ванн всегда присутствует серная кислота. В определённом приближении, состав электролита в ванне можно считать следующим, г/л: 100 – 170 H2SO4 и 45 – 60 Zn.

Основными показателями электролиза являются :

— выход цинка по току, т.е. КПД использования тока, %;

— удельный расход электроэнергии, кВт·ч/ т катодного цинка;

— качество катодного цинка.

Выход по току при электроосаждении цинка зависит от концентрации цинка и серной кислоты в электролите, плотности тока, температуры, загрязненности электролита примесями и состояния катодной поверхности. Он составляет 88-92%.

Затраты на электроэнергию составляют значительную долю себестоимости электролиза. Эффективность использования электроэнергии в процессе электролитического осаждения цинка оценивают по удельному расходу электроэнергии на 1 т катодного цинка. Оптимальные значения плотности тока при электролизе цинковых растворов равны 450–700 A/м 2 , расход электроэнергии составляет 3000–3300 кВт·ч/т (для меди – 230-350 кВт*ч/т). Расход электроэнергии при электролизе цинка высок еще и потому, что здесь работа электрического тока затрачивается не только на перенос ионов через электролит, но и на хим.реакцию

.

Качество катодного осадка зависит от плотности тока, чистоты электролита, содержания в нем цинка и серной кислоты, температуры, продолжительности наращивания осадка на катоде. Положительное влияние на структуру катодного осадка оказывает желатин и столярный клей. Добавка к электролиту этих веществ приводит к образованию на катоде гладкого мелкокристаллического осадка с весьма высокими антикоррозийными свойствами.

При очистке нейтральных растворов не удается полностью удалить примеси, и они могут существенно влиять на показатели электролиза. По своему электрохимическому поведению в процессе электролиза примеси в цинковом растворе можно разделить на 4 группы:

— катионы металлов, более электроположительные, чем цинк,

— катионы металлов, более электроотрицательные, чем цинк

Ванны для электролиза цинка изготовляют в основном из железобетона. Внутренние стенки ванны футеруют рольным свинцом, полихлорвинилом или листовым винипластом. Из винипласта делают также и обортовку ванн и сливные пробки. Винипластовая футеровка, в отличие от свинца, исключает возможность замыкания на корпус, но трудоемкость изготовления и растрескивание при эксплуатации снижают ее достоинства. Лучше себя зарекомендовала футеровка из полихлорвинила.

Ванны располагают в здании цеха рядами по 20–30 ванн. Между рядами ванн имеются проходы для обслуживания.

Корпус ванны устанавливают на железобетонную раму, стоящую на столбах высотой 2 м. Ванна опирается на четыре изолятора из стекла или фарфора. Для отвода раствора ванны снабжены сливными носиками, изготовленными из винипласта или свинца. Днище ванны имеет отверстие для аварийного стока электролита и смыва шлама. Ванна рассчитана на силу тока 15–20 кА. Число катодов и анодов зависит от размера ванны и от расстояния между электродами. Катодов на 1 меньше, чем анодов (при электролизе меди наоборот). Обычная практика – 28-32 катода и 29-33 анода. Расстояние между осями одноименных электродов на отечественных заводах принято 58–60 мм, на большинстве зарубежных заводов 70–80 мм.

Аноды отливают из свинца чистотой 99,99 % с добавкой 1 % серебра для придания анодам механической прочности и химической устойчивости. Поверхность анода выполняют гладкой или рифленой. Анодные штанги делают из медной освинцованной шины и приваривают к анодному полотну.

Катоды изготовляют из холоднокатаного алюминиевого листа толщиной 3–4 мм, т.к. на нем водород выделяется с большим перенапряжением (?ЕH0 = 1,1 В).

На показатели электролиза существенно влияет состав электролита: содержание в электролите кислоты, цинка и примесей. Повышение кислотности электролита уменьшает напряжение на ваннах (растёт электропроводность электролита), улучшает качество катодного цинка (подавляется дендритообразование и образуются осадки более плотные и гладкие); уменьшает циркуляцию цинка с отработанным электролитом.

Один раз в 48 часов (иногда – в 24 ч) катоды вынимают из ванны и отправляют на сдирку катодного цинка с алюминиевых матриц. Шлам, получающийся при электролизе, состоит из MnO2(70%), 10-14% Pb и 2% Zn. Он образуется при анодном окислении солей марганца и соединений свинца. Шлам образуется на аноде , откуда его периодически счищают. Шлам идет на стадию нейтрального выщелачивания для окисления железа.

Катодный осадок цинка, в отличие от других металлов (медь, никель), не является конечным товарным продуктом цинкового завода. Катодные листы, имеющие развитую поверхность, на воздухе окисляются и, кроме того, они не удобны при хранении. Поэтому их переплавляют в индукционных печах с добавкой флюса – хлористого аммония (NH4Cl 0,5–0,6 % от массы цинка).

Хлористый аммоний разрушает оксидную пленку на поверхности катодных листов и способствует слиянию корольков расплавленного металла. Впоследствии при плавке аммиак улетучивается с газами.

Производительность индукционных печей емкостью 20 т составляет 100–120 т/сут. Разливку металла проводят на карусельных или прямолинейных разливочных машинах.

Цинк металлический изготавливается в виде чушек массой 22-24 кг, и в зависимости от химического состава различают следующие марки (чаще всего марка цинка определяется содержанием в нем свинца

Металлургия алюминия

Алюминий относится к группе легких металлов. По цвету чистый алюминий напоминает серебро. Плавится алюминий легко – при 660°С, зато кипит лишь при 2452°С. Чистый алюминий – довольно мягкий металл – почти втрое мягче меди, поэтому даже сравнительно толстые алюминиевые пластинки и стержни легко согнуть, но когда алюминий образует сплавы (их известно огромное множество), его твердость может возрасти в десятки раз. Алюминий – один из самых распространённых металлов в природе: его доля в земной коре составляет до 8,8%. Но в чистом (самородном) виде А1 никогда не встречается из-за своей высокой химической активности.

1) Малая плотность — 2,7 г/см 3 . А1 – легкий металл (плотность менее 5 г/см 3 )

2) Высокое химическое сродство к кислороду. При восстановлении оксида алюминия углеродом восстанавливаются примеси, а сам металл остается в оксидной форме. Для восстановления самого металла требуются высокие температуры и, в идеале, вакуум.

3) Все легкие металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. По электропроводности алюминий – на 4-м месте, уступая лишь серебру (оно на первом месте), меди и золоту, что при дешевизне алюминия имеет огромное практическое значение. В таком же порядке изменяется и теплопроводность металлов.

4) Производство алюминия очень энергоемкое. Так, например, для получения 1 тонны меди расходуется около 3000 кВт/ч электроэнергии; для получения одной тонны алюминия необходимо затратить от 14 до 17 тысяч кВт/ч.

5) А1 обладает отрицательным электрохимическим потенциалом разряда ионов на катоде (-1,67 В). Это приводит к тому, что алюминий, как и все легкие металлы, невозможно получать электролизом водных растворов (на катоде будет восстанавливаться только водород – будет идти процесс разложения воды), а только электролизом расплавов либо органических растворов.

6) Руды всех легких металлов, в том числе и алюминия, содержат в себе много химических элементов, что требует их комплексного использования.

7) Алюминий является амфотерным элементом – его соединения могут проявлять как кислотные, так и основные свойства; он реагирует с соляной и серной кислотами, а вот с азотной кислотой и с органическими кислотами – не реагирует. Он очень хорошо реагирует со щелочами. Хим. активность алюминия весьма высока. Алюминий обладает большим химическим сродством к кислороду. Поэтому на воздухе он теряет свой блеск, покрываясь тонкой, но очень прочной, сплошной, беспористой пленкой оксида алюминия. Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и придает металлу большую коррозионную стойкость.

Читайте также:  Оборудование для заливки стен пенобетоном

Рудная база алюминиевой промышленности

По распространенности в земной коре алюминий занимает третье место. Из 1500 известных минералов на долю алюминиевых приходится 250, в числе которых примерно 100 относятся к алюмосиликатам. Из-за малой концентрации алюминия большинство этих минералов непригодно для рентабельной переработки.

Все алюминиевые минералы можно разделить на следующие группы:

1) Оксиды– Al2O3 в чистом или загрязненном виде. Различают несколько модификаций оксида алюминия, но наиболее широко применяются альфа-Al2O3 (корунд, самый твердый минерал из присутствующих в природе – в чистом виде он присутствует в драгоценных минералах – сапфир, рубин и т.д.) и гамма-Al2O3.

2) Гидроксиды – а) гиббсит Al(OH)3, б) байерит Al(OH)3, в) бемит AlOOH, г)диаспор AlOOH

3) Алюмосиликаты – Нефелин (Na, K)2O*Al2O3*2SiO2

4) Шпинели– МеО*Al2O3

5) Гидроалюмосиликаты– продукты разложения алюмосиликатов. Представитель этой группы – каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O

6) Сульфаты– представителем сульфатов является алунит Na(K2SO4)*Al2(SO4)3*4Al(OH)3

7) Галлоиды– представителем является криолит Na3AlF6 (3NaF*AlF3)

Требования к алюминиевому сырью.

Горная порода может служить алюминиевым сырьем, если она удовлетворяет следующим требованиям:

1) Содержит большое количество глинозема Al2O3.

2) Извлечение глинозема из этой породы не представляет больших трудностей.

3) Месторождение должно быть большим и компактным.

Всем этим требованиям удовлетворяют две основные породы – бокситы и нефелины. И, частично, еще две — алуниты и гидроалюмосиликаты (глины).

Источник

Оборудование для электролиза сульфата цинка

ЛЕКЦИЯ 34. ЭЛЕКТРОЛИЗ СУЛЬФАТА ЦИНКА

Нейтральный электролит, очищенный от примесей, не­прерывно поступает в электролизные ванны, из которых от­водится такой же объем отработанного электролита соста­ва: около 40 г/л Zn и до 160 г/л H 2 S 0 4 . В результате этого процесс электролитического осаждения цинка фактически происходит из электролита, содержащего 50—60 г/л Zn и 100—120 г/л H 2 S 0 4 . Вследствие электролитической диссоци­ации в таком растворе образуются следующие ионы:

ZnS 0 4 — > Zn 2+ + SO * H 2 S 0 4 ->2 H + + SO 2- 4

Катодный процесс восстановления цинка из его суль­фатного раствора выражается следующей реакцией:

Конкурирующей электродной реакцией на катоде явля­ется разряд ионов водорода:

Наиболее вероятным анодным процессом в условиях электролитического осаждения цинка является процесс электрохимического разложения воды по реакции

Таким образом, суммарный процесс в электролизной ванне характеризуется убылью в раствор ионов цинка в результате осаждения его на катоде, выделением на аноде газообразного кислорода и, как следствие этого, образованием серной кислоты: 2 H + + S 0 4 = H 2 S 0 4

Теоретически при электролизе на катоде в первую оче­редь должны разряжаться ионы водорода. Однако на цин­ке (цинковом катоде) при повышенной плотности тока, вы­сокой чистоте электролита, низкой его температуре и добав­ке в электролит поверхностно-активных веществ создается высокое перенапряжение водорода (не менее 0,7 В). В ре­зультате этого потенциал, при котором разряд ионов водо­рода Н + приобретает значительное развитие, становится более электроотрицательным, близким или даже меньшим,

чем надо для разряда ионов Zn 2+ .

При очистке нейтральных растворов не удается полно­стью удалить все примеси и они могут существенно влиять на результаты электролиза.

Рассмотрим поведение примесей при электролитичес­ком осаждении цинка из сернокислых растворов. По свое­му электрохимическому поведению в процессе электролиза примеси в цинковых растворах можно разделить на четыре группы:

1) катионы металлов, более электроположительные, чем цинк;

2) катионы металлов, более электроотрицательные, чем

4) органические примеси.

Наиболее серьезные затруднения при электролитичес­ком выделении цинка вызывают металлы первой группы. Они способны восстанавливаться на катоде и загрязнять катодный цинк. Единственным путем предотвращения по­падания этих примесей в катодный осадок является глубо­кая очистка цинковых растворов.

Накопление в растворе более электроотрицательных, чем цинк, катионов ( Na + , Mg 2+ и Мп 2 +) выше суммарной концентрации около 30 г/л снижает растворимость в элек­тролите сернокислого цинка и неблагоприятно сказывается на подготовке растворов к электролизу. Вследствие повышения вязкости растворов при значительном количестве этих примесей замедляется скорость осветления растворов при сгущении пульп.

При наличии в электролите анионов СЬ возможно их окисление на аноде с образованием газообразного хлора, который загрязняет атмосферу цеха и вызывает коррозию анода. В присутствии катионов Мп 2+ газообразный хлор не выделяется в результате его взаимодействия по реакции

М n 2+ + С l 2 + 2Н 2 0 — М nO 2 + HCI + 2Н + . (120)

Таким образом, присутствие в электролите около 3 г/л Мп считается полезным.

Органические примеси, переходящие в электролит из деревянных деталей аппаратуры, фильтровальной ткани, реагентов и других источников, приводят к получению хруп­ких катодных осадков цинка.

Электролитическое осаждение цинка из сульфатных растворов осуществляют в ваннах ящичного типа, по конст­рукции во многом схожих с ваннами, используемыми при электролитическом рафинировании и осаждении меди.

На современных заводах чаще всего применяют желе­зобетонные ванны, внутренние стенки которых футеруют листовым свинцом, полихлорвинилом или винипластом. Длина ванн 2,5—4 м, ширина 0,85—0,9 м, глубина 1,3—

1,4 м. В них завешивают от 28 до 32 катодов и 29—33 анода.

Аноды отливают из свинца с добавкой 1 % серебра, по­вышающего их коррозионную стойкость. Поверхность ано­дов может быть рифленой или гладкой; Прокатанные ано­ды толщиной 5 мм в два-три раза жестче, чем литые тол­щиной 8 мм, а срок службы их в два раза больше (до 4 лет). Анодную штангу из освинцованной медной шины при­варивают к аноду водородной сваркой.

Катоды выполняют из листового алюминия толщиной 3—4 мм. Длина и ширина катодов на 20—30 мм больше, чем у анодов, что уменьшает дендритообразование на краях катодов. На кромки катодных листов надевают деревянные или резиновые рейки. Это предотвращает срастание катод­ных осадков, образующихся на противоположных плоско­стях катода. Катодную штангу из алюминия с медным кон­тактом на одном конце приваривают к катодному листу.

Ванны располагают в цехе рядами по 20—30 шт. Меж­ду ваннами имеются проходы для обслуживания. Применя­ют две схемы компоновки и ошиновки ванн (рис. 131).

Схема // более удобна для обслуживания каждой ванны со стороны проходов, что позволяет механизировать выемку и транспортировку электродов; На новых заводах предпочте­ние отдают схеме спаренных электролизных ванн.

В процессе электролиза цинка выделяется значительное количество тепла, которого выделится тем больше, чем вы­ше будет плотность тока. Для поддержания оптимальной температуры электролита (33—38°С) необходимо электролит охлаждать. Охлаждение электролита на практике мо­жет быть централизованным (вне ванн) или индивидуаль­ным — непосредственно в ваннах с помощью водоохлаждаемых трубчатых змеевиков. Змеевики-холодильники уста­навливают на одном из торцов каждой ванны.

Питание нейтральным раствором каждой из ванн, ском­понованных по схеме //, осуществляется со стороны торца, где установлен змеевик. Одновременно с противоположного торца из каждой ванны с той же скоростью отводят отра­ботанный электролит.

Выделяющийся на аноде кислород хорошо перемешивает

сернокислый электролит, но несколько его разбрызгивает. Чтобы оздоровить атмосферу в цехе, на поверхности элек­тролита в ваннах создают слой пены, поглощающей брызги электролита. Для этого в раствор вводят экстракт мыльного

корня или лакрицы.

Обслуживание ванн при электролизе цинка сводится к

указанным ниже операциям:

1) контроль за составом и температурой электролита;

2) периодическая сдирка катодного цинка;

3) контроль за состоянием ванн/контактов и змеевиков

и их обслуживание;

4) регулирование скорости циркуляции электролита;

5) периодическая очистка ванн и анодов от шлама.

Сдирку катодного цинка производят обычно один раз в сутки, для чего из ванн одновременно вынимают по 5—10 катодов. Если сдирку цинкового осадка производят на ме­сте, то ванны в этот момент работают на повышенной плот­ности тока. При централизованной сдирке (в торце цеха) на место вынутых катодов сразу устанавливают новые. В настоящее время на цинковых электролитных заводах ручную сдирку цинка заменяют механизированной на катодосдирочных машинах.

Электролитическое осаждение цинка из сульфатных ра­створов проводят при катодных плотностях тока 400—700 А/м 2 . Отечественные заводы обычно работают на плотно­сти тока 550—650 А/м 2 . Для получения гладких катодных осадков в электролит в качестве поверхностно-активной добавки вводят столярный клей. Выход по току в цинковом производстве обычно равен 88—92%; около 5% электро­энергии расходуется на разряд на катоде ионов водорода.

Общее напряжение на ванне Е в при электролизе цинка определяется уравнением

где вЕ к ) — напряжение разложения ZnS 0 4 , выражен­ное через разность потенциалов анода и катода; Е Э л, Е ко » и Е щл — потери напряжения соответственно в электролите, контактах и в анодном шламе.

Теоретическое напряжение разложения сульфата цинка составляет 2,45 В (- 0,76 В на катоде и +1,69 В на аноде). На практике Е в =3,3- s -3 > 4 В.

Расход электроэнергии (постоянного тока) при получе­нии электролитного цинка колеблется от 2900 до 3200 кВтХ

Электролитический способ получения цинка позволяет получать металл высокой чистоты, содержащий не менее 99,99 % Zn ; по ГОСТ 3640—79 это соответствует маркам ЦБ

(>99,99% Zn ), ЦВ1(>99,992% Zn ) и ЦВ0 (>99,995.% Zn ). Для получения высших марок товарного металла элек­тролитический цинк очищают вакуумной перегонкой.

Основными направлениями дальнейшего совершенство­вания процесса электролитического осаждения цинка явля­ются :

1) повышение чистоты нейтрального раствора;

2) наметившаяся в 70-х годах тенденция к снижению

3) совершенствование конструкции электролизных ванн

с целью увеличения их производительности;

4) механизация и автоматизация процесса в целом и в первую очередь операции сдирки катодного цинка.

Снижение плотности тока при электролизе цинка спо­собствует стабилизации процессов, улучшению условий тру­да и получению катодных осадков высокого качества, удов­летворяющих требованиям автоматизированной сдирки.

Заслуживает внимания в этом отношении промышлен­ный опыт завода «Бален» (Бельгия), где электролиз цинка осуществляют при плотности тока 400 А/м 2 в крупногаба­ритных ваннах длиной 4550 мм, шириной 2150 мм и глуби­ной 2150 мм. Рабочая площадь катодов, помещаемых в та­кие ванны, составляет 2,6 м 2 (1,3X2 м), что более чем в два

раза превышает площадь обычных катодов (1,2 м 2 ).

На заводе «Бален» успешно осуществлена механизиро­ванная и автоматизированная сдирка катодного цинка, уп­равляемая ЭВМ. Освоение автоматизированной линии поз­волило повысить производительность труда в три раза.

Катодный цинк непригоден для непосредственного ис­пользования и его переплавляют в чушки определенной фор­мы и массы. Переплавку катодного цинка в печах ведут с добавкой на 1 т цинка 0,5—0,6 кг/т хлористого алюминия — флюса, разрушающего оксидную пленку на поверхности ка­тодных листов и способствующего слиянию корольков рас­плавленного металла. При наличии на поверхности капель оксидных пленок они не сливаются друг с другом и образуют порошкообразные дроссы.

На современных цинковых заводах переплавку цинка проводят в индукционных печах. Производительность та­ких печей составляет от 100—120 (при емкости печи 20 т| до 350—500 т/сут. Выход чушкового свинца достигает 98-98,5 %; в дроссы и пыль переходит до 2 % цинка.

Разливку цинка обычно ведут» на карусельных разли­вочных машинах, хотя более целесообразно использовать прямолинейные разливочные машины. Такие машины уста­новлены на ряде отечественных и зарубежных заводов.

В настоящее время созданы практически полностью ме­ханизированные поточные плавильно-литеиные комплексы (рис. 132), работающие по схеме: загрузка катодов в печь — плавка в индукционной печи— разливка — штабели­рование чушек — погрузка на транспортные средства.

Источник

Краткие теоретические сведения. Электролиз — это одна из основных операций гидрометаллургического способа получения цинка, на электролиз поступает отфильтрованный прозрачный нейтральный

Электролиз — это одна из основных операций гидрометаллургиче­ского способа получения цинка, на электролиз поступает отфильтро­ванный прозрачный нейтральный раствор сульфата цинка, содержа­щий примеси уже в таких количествах, которые не могут вредно ска­заться на электроосаждении цинка. Примерный состав раствора, по­ступающего на электролиз, следующий: Zn — 120. 170 г/дм 3 ; Sb — 0,05. 0,2 мг/дм 3 ; Мо — 4,5. 5 г/дм 3 ; As — 0,1. 0,8 мг/дм 3 ; Cd ­3,5. 4,5 мг/дм 3 ; С1- 100. 150 мг/дм 3 ; Си — 0,1. 0,2 мг/дм 3 ; Fе — до50 мг/дм 3 ; Со — 2,5. 4,5 мг/дм 3 .

Читайте также:  Чертежи оборудование для магазинов

При электролизе цинковых растворов при меняют ванны с алюми­ниевыми катодами и свинцовыми (в сплаве с 1 % серебра) анодами. Электролит содержит водный раствор сульфата цинка (50.. .60 г/дм 3 ), серной кислоты (100.. .120 г/ дм 3 ) и незначительное количество при­месей. В момент включения в электрическую сеть постоянного тока цинковая электролитная ванна в первом приближении представляет собой. электрохимическую систему А1/ZnSО 4 , Н 2 SО 4 , H 2 О/ Рb. Так как вскоре после включения ванны алюминиевый катод покрывается слоем цинка и начинает работать как цинковый, то можно рассмат­ривать систему Zn | ZnSO 4 , H 2 SO 4 , Н 2 О | Рb.

Основные компоненты электролита в растворе диссоциируют по следующим уравнениям:

ZnSO 4 = Zn 2+ + SO 4 2-

H 2 SO 4 = Н + + HSO 4- = 2Н + +SO 4 2- ;

Под действием про ходящего электрического тока положительно заряженные ионы движутся к электроду, соединенному с отрицательным полюсом источника постоянного тока, — катоду, отрица­тельно заряженные ионы движутся к электроду с противоположным зарядом аноду и разряжаются на них согласно их положению в ря­ду напряжений и условий электролиза.

Процессы на катоде. При электролизе на катоде возможно про­ текание следующих процессов:

По общему правилу на катоде в первую очередь протекают про­цессы, связанные с разрядом наиболее электроположительных ионов из электрохимического ряда напряжений металлов, часть которого приведена ниже:

Na + — -2,713; Mg 2+ — -2,380; Zn 2+ — -0,763; Fe 2+ — -0,441;

Cd 2+ — -0,402; Ni 2+ — -0,250; РЬ 2+ — -0,126;

Си 2+ _ +0,337; Hg 2+ — +0,798; Ag + — +0,799; Аи + — +1,680.

Видно, что цинк является металлом, имеющим потенциал значительно более электроотрицательный, чем водород, а потому естест­венно было бы ожидать выделения на катоде водорода, а не цинка. Однако потенциал выделения водорода меняется в зависимости от концентрации его ионов в растворе и других факторов, Опытами ус­тановлено, что при электролизе воды, подкисленной серной кисло­той до содержания 1 г-иона водорода в 1 дм З , для выделения водоро­да на платинированном электроде при атмосферном давлении и весьма малой плотности тока необходимо напряжение 1,7 В, Если в этом же электролите при тех же условиях в качестве катода приме­нить цинковую пластинку, то для непрерывного прохождения тока и выделения водорода на электроде необходимо повысить напряжение до 2,45 В. Разница в напряжении составляет 0,75 В. Это дополни­тельное напряжение называется перенапряжением водорода на цинке. За счет перенапряжения потенциал водорода смещается в более электроотрицательную сторону и настолько сильно, что процесс раз­ряда ионов цинка станет не только возможным, но и преимущест­венным. Поэтому величину перенапряжения водорода при электро­лизе цинковых растворов стараются поддерживать наибольшей,

Перенапряжение водорода зависит от многих факторов:

1) материала катода;

2) плотности тона;

3) температуры электролита;

4) активности ионов водорода в растворе и концентрации солей,

находящихся в нем;

5) добавок, вводимых в электролит, и т.д.

На электролитическое осаждение цинка в наибольшей степени влияет увеличение плотности тока: чем больше плотность тока, тем выше перенапряжение водорода (при 1000 A/м 2 оно равно 1,17) и тем ровнее и мелкозернистее получается осадок, Практически достаточна плотность тока 350 — 500 A/м 2 .

Перенапряжение водорода повышается также при снижении тем­пературы и кислотности. Большое влияние на перенапряжение водо­рода оказывает наличие примесей в электролите, присутствие в электролите даже небольших количеств ионов таких металлов, кото­рые могут выделяться одновременно с цинком и перенапряжение водорода на которых меньше, чем на цинке, вызывает усиленное вы­деление водорода на катоде,

С прибавлением в электролит коллоидов увеличивается перенапряжение водорода, но лишь до некоторого предела, при дальней­шем возрастании концентрации коллоида перенапряжение начинает понижаться.

Процессы на аноде. На свинцовом аноде при электролизе цинко­вого сульфатного раствора возможен, вообще говоря, разряд сле­дующих ионов:

Рb — 2е == Pb 2+ (анодное растворение свинца),

2OН — — 2е == Н 2 О + 1/2O 2 (разряд ионов ОН — воды),

SO 4 2- — 2е == SОз + 1/2O 2 (разряд ионов SO 4 2- ),

SОз + Н 2 О == SO 4 2- + 2Н + ,

Обратимые потенциалы этих процессов выразятся следующими зависимостями:

Е Pb 2+ = -0,122 + 0,028·lgС Pb 2+ . γ Pb 2+ ;

Е OH — = 0,4 + 0,058 ·lgC OH — . γ ОН — ;

E S 04 2- =1,95 + 0,029·lgCso 4 2- . γ S 04 2-.

У словно примем коэффициенты активности γ Pb 2+ = γ OH — = γ S O 4 2- = 1.

В процессе электроосаждения цинка концентрация SO 4 2- состав­ляет несколько г-ион/дм 3 , т. е. грубо можно считать, что

В кислых растворах концентрация ОН — равна 10. 14 г-ион/дм 3 , следовательно, потенциал разряда ОН — будет равен:

Еон — = 0,4 + 0,058 . lg10 -14 =1,21 В.

Сравнивая эти два процесса, находим, что разряд ОН- имеет более отрицательный потенциал, чем SO 4 2- , поэтому в первую очередь должен разряжаться ОН-.

Потенциал разряда свинца ниже, чем ОН-, а так как в сульфатном электролите концентрация свинца очень низка, то потенциал его раз­ряда. снижается еще сильнее. При электролизе с новыми свинцовыми анодами в первую очередь на них будет происходить процесс окисле­ния свинца, Т.е. анод будет вести себя как растворимый — будет обра­зовываться PbSO 4 . поскольку растворимость свинца в сульфатном растворе невелика, при анодный слой быстро насыщается сульфатом свинца, который кристаллизуется на поверхность анода, образуя подо­бие диафрагмы, при этом из-за низкой электропроводности сульфат свинца изолирует часть поверхности анода. Уменьшение активной поверхности анода при неизменной амперной нагрузке приводит к возрастанию истинной анодной плотности тока, в результате чего повышается анодный потенциал и создаются благоприятные условия для окисления двухвалентного свинца до четырёхвалентного:

Образующийся Рb(SO 4 ) 2 легко гидролизуется по реакции

Диоксид свинца осаждается в поpax сульфатной «диафрагмы», и свинец анода полностью изолируется от электролита, в результате чего прекратится его растворение. Диоксид свинца имеет высокую электропроводность и вызывает повышение плотности тока. В ре­зультате окисления свинца с образованием РbO 2 концентрация PbSO 4 в электролите снижается, при этом ионами Pb 2+ и SO 4 2- пополняется сначала при анодный слой за счет растворения первоначально осаж­дённого на аноде PbSО 4 . Перешедшие в раствор ионы двухвалентно­го свинца окисляются до четырехвалентного и осаждаются на аноде в виде РbО 2 . В конечном счете вся поверхность анода покрывается слоем диоксида свинца, механическая изоляция свинца от электро­лита слоем РbО 2 делает невозможным дальнейшее растворение свинца и на аноде становится возможным только разряд ОН — .

Установлено также, что у анода может происходить и непосредст­венное разложение воды:

Н 2 О — 2е = 2Н + + 1/2 О 2

Кислород выделяется около анода. Ионы SO 4 2- вместе с ионами водорода остаются в растворе, обусловливая своим присутствием кислотность электролита.

Суммируя все реакции, протекающие при электролизе цинка, по­лучаем

ZnSО 4 + Н 2 О = Zn + H 2 SО 4 + 1/2О 2 .

Из суммарной реакции процесса электролиза видно, что по мере осаждения на катоде цинка происходит обогащение раствора серной кислотой. Осаждение 65,4 г цинка влечет за собой образование 98г серной кислоты, Т.е. на каждый грамм цинка образуется 98 : 65,4 = 1,5 г серной кислоты.

На практике содержание серной кислоты в электролите доводят при стандартной схеме до 120. 170 г/дм 3 , что соответствует осажде­нию из каждого кубического дециметра минимум 120 : 1,5 = 80 г цинка. Следовательно, если в электролите, поступающем на электро­лиз, содержится 120 г/дм 3 цинка, то в отработанном электролите его концентрация составит 120 — 80 = 40 г/дм 3 . Дальнейшее осаждение цинка не проводят, поскольку в более кислых растворах начнется выделение водорода.

Выход по току . Отношение количества вещества, фактически по­лученного при электроосаждении, к тому количеству его, которое должно было получиться соответственно прошедшему через элек­тролит количеству электричества, выраженное в процентах, называ­ется выходом по току (ВТ). Выход по току определяется по формуле

где Р — количество осажденного цинка; г,

а — электрохимический эквивалент (для цинка а = 1,219 г/А·ч),

Q — количество прошедшего электричества, Кл.

где 1 А· ч = 3600 Кл.

Выход по току всегда меньше 100% за счет протекания побочных процессов и составляет 88.. .92 %. Выход по току зависит от концен­трации ионов цинка и водорода (кислотности) в электролите (с уменьшением концентрации цинка и увеличением кислотности рас­твора ВТ уменьшается), катодной плотности тона (с увеличением катодной плотности тока ВТ увеличивается), температуры электро­лита (с увеличением температуры ВТ уменьшается), наличия приме­сей в электролите и от состояния катодной поверхности (в случае образования рыхлого катодного осадка истинная поверхность увели­чивается, плотность тока уменьшается и выход по току так же уменьшается).

Примеси в электролите влияют на электролиз по-разному.

Железо заметно снижает ВТ. Это является следствием того, что на аноде происходит окисление ионов двухвалентного железа до трех­валентного, а на катоде оно восстанавливается снова до двухвалент­ного. Аналогично ведет себя марганец: на катоде ионы марганца вос­станавливаются до двухвалентного, а на аноде окисляются до четы­рех- или семивалентного. Четырехвалентный марганец в виде МпО 2 (марганцевый шлам) выделяется на поверхности анода, предохраняя его от коррозии, семивалентный придает электролиту розовую окра­ску. Попеременное окисление на аноде и восстановление н катоде этих ионов приводит к непроизводительной затрате электрической энергии.

Резко влияют на ВТ примеси меди, мышьяка, сурьмы, серебра, германия и особенно, кобальта. Эти ионы, разряжаясь на катоде, соз­дают отдельные участки, на которых перенапряжение водорода бу­дет меньше, чем на цинке, поэтому на таких участках интенсивно выделяется водород, что и вызывает снижение выхода цинка по току. Кроме того, при наличии этих примесей катодный цинк получается сильно разъеденным. Объясняется это тем, что при выделении при­месей на катоде образуются короткозамкнутые микрогальванические элементы Со-Zп, Сu-Zп и т.д., в которых цинк является анодом, а металл-примесь — катодом. При работе таких элементов на аноде идет процесс растворения цинка (анодный процесс), а на катоде про­исходит процесс выделения водорода (катодный процесс).

Металлы, более электроотрицательные, чем цинк (алюминий, магний, натрий, калий), могут присутствовать в электролите без осо­бого вреда для процесса, при их накоплении увеличивается сопро­тивление электролита, что приводит к повышению напряжения на ванне и увеличению расхода электроэнергии.

Напряжение при электролизе цинковых растворов слагается из напряжения разложения сульфата цинка и напряжения, необходимо­го для преодоления сопротивления электролита, катода, анода, штанг и т.д. Оно зависит от плотности тока (с увеличением плотности тока напряжение на ванне увеличивается), температуры (с увеличением температуры электролита напряжение на ванне падает), кислотности (с повышением кислотности электролита напряжение на ванне уменьшается) и расстояния между электродами (с увеличением рас­стояния между электродами напряжение на ванне увеличивается). Практически напряжение на ванне составляет 3,4. 3,6 В (теоретиче­ское — 2,45 В).

Расход энергии при электролизе цинковых растворов на 1 т ка­тодного цинка определяется по формуле

А = (Q · Ев · 1000) / Р, Дж/т*,

где Ев — напряжение на ванне.

* 1 кВт · ч = 3,6· 106 Дж.

Расход энергии является также зависимой от ряда факторов вели­чиной. Чем выше плотность тока, тем больше расходуется энергии. С повышением кислотности электролита расход’ энергии падает до из­вестного предела (при одинаковой плотности тока), а затем вновь повышается. Оптимальную плотность тока и кислотность электроли­та выбирают с учетом многих факторов, способствующих получению более дешевого цинка. На практике для получения 1 т цинка расхо­дуется 3000.. .3300 кВт. ч постоянного тока (теоретически необхо­димо около 2000 кВт. ч).

Источник

Электролиз цинка

Нормальный окислительно-восстановительный потенциал цинка значительно отрицательнее, чем у водорода, и восстановление его электролизом с хорошим выходом по току возможно только из умеренно кислых растворов — при высоком перенапряжении водорода.

В исходном электролите при α Zn2+ =0,074 г-ион/л и рН = 5,5 :

Читайте также:  Оборудование производственного оборудования прайс

E Zn2+ /Zn = — 0,76 + (0,06 :2) lg0,074 = —0,79B

E 2H+/H2 = (0,06 :2) lg(10 -5,5 ) 2 — η ≈ — 1,4B

По ходу электролиза концентрация и активность Zn 2+ убывают, а кислота накапливается. Перенапряжение водорода.мало зависит от кислотности, а потенциал Zn все более сдвигается в отрицательном направлении, поэтому полное осаждение металла невыгодно из-за понижения выхода по току. После достижения некоторого отношения концентраций цинка и кислоты отработанный электролит возвращают на выщелачивание огарка.

Режим электролиза на разных заводах различен, как наиболее характерные можно привести следующие данные, г/л:

Исходный раствор……..130 1,6•10 -4 *

Отработанный электролит…..50 120

Средний состав раствора в ванне . . 90 60

Рис. Зависимость удельного расхода энергии на осаждение цинка от кислотности раствора (80 г/л цинка) при разных катодных плотностях тока (по Хансену):

1 — 1080 А/м 2 ; 2 — 540 А/м 8 ; 3 — 378 А/м а ; 4—270 А/м 2 ; 5—180 А/м 2

Из 1 л раствора осаждают всего 80 г металла, направляя остальной в оборот. Только на отдельных заводах применяют более глубокий электролиз, выделяя из сравнительно богатого электролита (225 г/л) более 75% цинка и накапливая до 270 г/л серной кислоты. При этом выигрывают на производительности ванн и прямом извлечении: в сравнительно концентрированной кислоте хорошо растворяются ферриты; однако аппаратура быстро изнашивается, растворы более загрязнены железом, потери в отвальном кеке кислотнорастворимого цинка меньше, а неотмытого — больше.

Расход энергии понижается с кислотностью благодаря уменьшению электросопротивления раствора; однако, проходя через минимум, он начинает повышаться (рис.) . Оптимальный предел накопления кислоты при плотностях тока до 600 А/м 2 около 150 г/л, чем и объясняются нормы обычного электролиза.

В интенсивном режиме при Д к выше 1000 А/м 2 электролит сильнее нагревается, охлаждать его труднее и дороже. В современной практике заметна тенденция к повышению плотности тока, но она пока в основном ограничивается цифрами 600 — 700 А/м 2 .

Ванны призматической формы делают из дерева или железобетона ( рис. 2) длиной от 1,5 до 3,9 м; ширина их около 0,9 м, глубина 1 — 1,4 м. Стенки внутри оклеивают рубероидом и защищают от действия электролита листовым свинцом или винипластом, а снаружи покрывают лаком. Свинцовая защита дороже, но надежнее: винипласт часто трескается.

Рис.2, Железобетонная ванна для электролиза цинка:

1 — катод; 2 — анод; 3 — подвод электролита; 4 — место установки холодильника; 5 — патрубок для выпуска шлама; 6 — изоляторы; 7— отвод электролита

Для удобства питания электролитом и током, а также для экономии материалов, особенно медных шин, соединяют в блоки 25 — 40 штук. Последовательно установленные блоки располагают паралельно, с проходом для обслуживания.

Раствор подают в каждую ванну у одного торца, а выпускают у другого. Перед электролизом его надо охладить: повышение температуры на 1 град в пределах от 20 до 40° С снижает перенапряжение водорода приблизительно на 2,5 мВ. Охлаждение бывает централизованным, но пока редко. Чаще для этого служат алюминиевые плоские змеевики ( см. рис. 3, в), подвешенные в каждой ванне у места ввода электролита. Для защиты от коррозии их иногда соединяют с катодами — накладывают отрицательный потенциал. Змеевики снаружи периодически чистят вручную, снимая слой солей, смешанных со шламом, внутри они покрываются накипью, ухудшающей теплопередачу, корродируют и требуют частой замены.

Рис. 3. Электроды и холодильник, применяемые при электролизе цинка;

а — алюминиевый катод; б — вафельный анод из свинцовосеребряного сплава; в — плоский змеевиковый холодильник из алюминия: отогцутые концы трубы для подвешивания в ванне и подвода воды; 1 — рабочая поверхность (двусторонняя); 2— штанга из полосового алюминия, приклепанная или приваренная; 3 — крючья для переноса; 4— медный контакт; 5 — резиновые накладки; 6 — освинцованная медная штанга; 7 — ограничительные планки из винипласта; 8— вафельные углубления

Катоды делают из листового холоднокатаного алюминия толщиной 5 мм ( рис. 3, а). По верхнему краю проходит приваренная алюминиевая полоса — штанга с медным контактом, который накладывают на анод соседней ванны. На боковые края надевают резиновые полосы, предупреждающие короткие замыкания.

Для снижения себестоимости цинк надо осаждать с высоким выходом по току и при малом напряжении на ванне. Главная причина потерь тока — совместный разряд ионов водорода. Выше говорилось, что потенциал его мало зависит от кислотности, а больше от плотности тока.

На катоде из полированного цинка при температуре 20 — 25° С были измерены следующие величины перенапряжения водорода (табл.).

Таблица . Величина перенапряжения водорода (по В. В. Стендеру), В

А/м 2
Кислотность г-экв/л 200 400 600 1000 2000
1 1,08 1,11 1,16 1,18
2 1,05 1,1 1,13 1,17 1,22

Электролитный цинк отличается от полированного различием между действительной и геометрической поверхностью, первая больше из-за образования пор, выступов, шероховатостей и наростов. Поэтому фактическая плотность тока часто ниже расчетной.

На поверхности катода всегда есть активные центры адсорбции, где преимущественно идет осаждение и возникают выступы.

Если на границах между зернами металла концентрируются примеси со сравнительно малым перенапряжением водорода они становятся центрами его выделения и возникают поры. Из табл. 2 и уравнений (199—202) видна возможность восстановления совместно с цинком примесей Ag + , Cu 2+ , Со 2+ , Ni 2+ , As (V), Sb (V), Fe 2 +. Некотор ые металлы (Ag, Си) несколько растворимы в твердом цинке и отдельных фаз не дают, другие (Со, Ni, Ge) — нерастворимы, они могут образовать межкристаллические включения; вероятно таким же образом ведут себя химические соединения Zn 3As 2 либо Zn 3Sb 2. Твердые растворы опасны преимущественно вследствие загрязнения металла. Элементы и соединения, осаживаемые в виде самостоятельных фаз, способствуют выделению водорода межкристаллической коррозии и ухудшают физические свойства осадка. Мышьяк, сурьма и германий в значительной мере восстанавливаются до гидридов, продукты разложения которых выпадают в шлам.

В. В. Стендер и А. Г. Печерская потенциал выделения водорода на чистом цинке из 2-н раствора серной кислоты при температуре 25° С и Z) K=400 А/м 2 определили равным—1,08 В. После добавления по 6 мг/л одной из примесей он снизился до следующих величин:

Элемент . . Ni Со Сu Sb

E н+, В . . —0,76 -0,89 —1,05 —0,97

Другой опыт в тех же условиях позволяет сравнить перенапряжение водорода на катодах из разных металлов:

Металл . . Pb Zn Sb Сu Ge Fe Со Ni

η+,—В. , 1,20 1,10 0,79 0,68 0,76 0,55 0,48 0,44

Совместное восстановление только отчасти можно объяснить, сопоставляя окислительно-восстановительные потенциалы, которые у примесей положительнее, чем у цинка; однако главную роль в этом играет концентрационная поляризация — осаждение на предельном токе.

Поверхностно активные вещества (ПАВ)—желатина, столярный клей и др. при умеренном добавлении повышают перенапряжение водорода, они же способствуют получению плотных и гладких осадков. Преимущественная адсорбция ПАВ на отдельных гранях кристаллов вызывает усиленный рост других, она часто способствует получению сравнительно мелких зерен металла и его уплотнению. Избыток ПАВ вреден: он уничтожает избирательность адсорбции и иногда увеличивает электрическое сопротивление цепи, оседая в виде малоэлектропроводных пленок.

Многолетней практикой выработаны пределы содержания примесей, необходимые для получения чистого цинка с оптимальным расходом энергии. Вместе с тем совместное действие посторонних элементов часто отличается от индивидуального из-за образования ими соединений и сплавов. При плотности тока до 500 А/м 2 и кислотности более 130 г/л H 2SO 4 в электролите допустимы следующие предельные содержания посторонних элементов, мг/л:

Сu . . . 0,1—0,2 Cd . . . . . 1—3

Fe ….. 30—50 Cl . . . . 100—200

Независимо от качества очистки в электролит добавляют

ПАВ — столярный клей (200 — 500 г/т металла), реже — жидкое стекло— Na 2SiO3•nH 2O.

Катионы, более отрицательные, чем цинк — Na + , Mg 2+

Mn 2+ — постепенно накапливаются в циркулирующих растворах. На катоде они не восстанавливаются и на перенапряжение водорода непосредственно не влияют; однако повышают ионную силу раствора. При этом коэффициент активности двухзарядных ионов цинка снижается больше, чем у однозарядного иона водорода. Кроме того, по той же причине понижаются скорость и полнота выщелачивания. Точные пределы содержания этих элементов не определены. После накопления 10— 17 г/л одного из них часть электролита выводят из циркуляции и перерабатывают на цинковый купорос или окись цинка.

Катоды наращивают 24 ч, реже двое суток. Затем поочередно из каждой ванны вынимают по 5—10 шт. и сдирают слой цинка вручную. Желательно вынутые электроды тотчас заменить очищенными основами; однако это не всегда делают, нарушая электрический режим цепи. Сдирка — трудоемка, но все попытки ее механизации пока не дали хороших результатов. Бывает, слой металла прочно пристает к алюминиевой основе и отделение его требует больших усилий либо становится невозможным. Причины этого точно не определены. Предполагают нарушение поверхностной пленки Al 2О 3— механическое либо действием примеси фтора, которого в электролите не должно быть более 30 мг/л*. Сдирку затрудняют царапины и другие неровности на основах, которые поэтому необходимо править и чистить на особых машинах. На некоторых заводах сдирке помогает добавление в электролит 0,2 — 0,3 мг/л сурьмы в виде тиоантимоната: цинк от этого получается хрупким и слой его легче разрушается.

Аноды делают из сплава свинца с 1% серебра; они более жестки и стойки против коррозии, чем чисто свинцовые, длина и ширина их на 25 мм меньше, чем у катодов. Для экон0омии-материала, снижения массы, облегчения циркуляции электролита и понижения плотности тока аноды делают дырчатыми либо вафельными ( рис. 3, б), впрочем, иногда и гладкими, но малой толщины 5 — 8 мм. Теперь часто их не отливают, а прокатывают, расходуя меньше свинца и достигая большей жесткости.

Новый анод в электролите пассивируется — на его поверхyости возникает тонкая пленка PbSО 4, которая препятствует окислению воды, а сама окисляется:

Pb + SO 2- — 2е = PbS0 4, Е° = —0,36 В,

PbSO 4 + 2Н 2O— 2е = PbO 3 + SO 2 4 — +4Н*, Е 0 = 1,68 В.

Марганец, всегда присутствующий в растворе, окисляется на аноде до МnO 2•Н 2O.

Постоянное выделение пузырьков кислорода разбрызгивает электролит. Возникающий от этого кислотный туман раздражает кожу, дыхательные пути, разрушает зубы, корродирует оборудование и перекрытие цеха. Образование тумана предупреждают добавками сапонина (вытяжка мыльного корня), альбумина или других веществ, образующих на поверхности электролита прочную пену.

Шлам, состоящий из МnO 2•Н 20 и 12% PbSO 4, удаляют при чистке ванн и анодов ежемесячно, а на некоторых заводах один раз за 4 — 5 мес. Для этого ванну замыкают, электроды вынимают, а шлам взмучивают и откачивают с электролитом, иногда также выпускают через донный патрубок. Он поступает в оборот, на окисление железа во время выщелачивания огарка.

Планировка цехов соответствует последовательному включению в серию 4 — 6 блоков или в среднем 150 — 200 ванн. Напряжение на каждой из них около 3,7 В, оно суммируется, например, из следующих составляющих, В:

Разность потенциалов между электродами . 2,89 Падение напряжения:

в анодном шламе……….. 0,03

в растворе . . ………. 0,56

в контактах . . . ……..• 0,18

Для подачи электроэнергии необходимо напряжение в 550 — 700 В, при которых ртутные выпрямители выгоднее умформеров и мотор-генераторов, они издавна применяются на цинковых заводах и обеспечивают коэффициент полезного действия более 93%.

За последние десятилетия были признаны еще большие премущества кремниевых диодов, полезное использование тока в горых иногда превышает 97%. Помимо того, они весьма компактны и легко приспосабливаются к переменам нагрузки при фемеином закорачивании части цепи.

Обслуживание электролиза стараются все болеемавтоматизировать; однако пока остается и значительная доля ручного (сдирка цинка, смена электродов и чистка ванн).

Электролит подают из сборного бака по магистрали, проходящей вдоль блоков. Магистраль имеет отводы из резинового шланга, снабженные зажимами, и пластмассовые насадки. Обработанный электролит стекает в общий наклонный желоб. Скорость подачи регулируют по кислотности. Охлаждение автоматизируют по датчикам температуры электролита и воды.

Поступающий электролит непрерывно контролируют на чистоту электронными приборами, градуированными по суммарному действию примесей.

Источник