4.9. Основы гидроэлектрометаллургии цинка

Цинк является электроотрицательным металлом (E^o_Zn²⁺_/Zn= -0,76 В). Однако вследствие очень маленьких токов обмена для выделения водорода на цинке (i_o = 110^-11 А/см² при i_o,Zn =110^-5 А/см²) кривые поляризации цинка идут значительно круче, чем водорода. Это дает возможность осаждать цинк из кислых растворов при повышенных i_к с приемлемыми выходами по току (рис.4.4).

Рис.4.4. Схема кривых поляризации выделения водорода и цинка из раствора, содержащего 60г/л Zn²⁺ и 100 г/л Н₂SО₄:

1 - поляризационная кривая (ПК) процесса Zn²⁺ + 2е = Zn;

2 - процесса H⁺ + е = Н; 3 - суммарная ПК: i = i_н +i_Zn

Реакция на катоде (алюминий):

ZnSО₄ + 2е = Zn + SO₄^2- (4.16)

На аноде (Pb либо Pb-Ag) имеет место реакция выделения кислорода:

Н₂О - 2е = 2Н⁺ + 1/2О₂ (4.17)

Суммарная реакция при электролизе:

ZnSО₄ + Н₂О == Zn + 1/2О₂ + H₂SО₄ (4.18)

В электролизеры непрерывно поступает нейтральный электролит, содержащий 100-150 г/л Zn²⁺, а из электролизеров вытекает кислый "отработанный" электролит, содержащий 40-60 г/л Zn²⁺ и 120-160 г/л H₂SО₄. При более низкой концентрации Zn²⁺ и более высокой концентрации серной кислоты выход по току резко снижается.

На процесс электролиза большое влияние оказывает температура. Ее повышение снижает быстрее перенапряжение выделения водорода, чем цинка, что отрицательно сказывается на выходе по току. На практике электролиз ведут при температурах не выше 35-40°С (применяют принудительное охлаждение).

Выделяющийся кислород может приводить к аэрозольному распылению электролита (образование "сернокислотного тумана"). Для предотвращения этого явления в электролит вводят пенообразователи (мыльный корень).

Общее напряжение на электролизере составляет 3,1-3,8 В. Баланс напряжения приведен в табл.4.2.

Таблица 4.2

Баланс напряжения цинковых электролизеров

Составляющие баланса	Напряжение, В	Процент от общего
Напряжение разложения	1,97	55
Катодное перенапряжение	0,10	3
Анодное перенапряжение	0,81	23
Падение напряжения в электролите	0,45	12
Падение напряжения в ошиновке	0,24	7
Итого	3,57	100

Остальные показатели электролиза цинка:

Катодная плотность тока 400-700 А/м²

Катодный выход по току 88-92%

Температура электролита 3 5 -40°С

Удельный расход электроэнергии 3000-3500 кВт ч/т.

Содержание основных примесей (Pb, Cd, Cu, Fe) в получаемом катодном цинке, как правило, 0,01-0,003%.

Новые направления в гидроэлектрометаллургии цинка - это непрерывный процесс электролиза на вращающемся барабане или движущейся ленте с интенсивной циркуляцией электролита при i_к =3000-6000 А/м² выходом по току до 90%.