1 Общие положения

Электролиз цинковых сульфатных растворов – завершающая стадия в технологической схеме гидрометаллургического способа получения цинка.

Цель электролиза – получение из нейтрального электролита гладкого, плотного, без признаков растворения катодного цинкового осадка с минимальным расходом электроэнергии и по содержанию примесей соответствующего цинку марок ЦВО, ЦВ, ЦОА, ЦО.

В связи с этим нейтральный раствор, поступающий из выщелачивательного цеха должен иметь следующий состав:

(Zn) цинка от 115 до 160 г/л,

(Cu) медь менее 0,1 мг/л,

(Cd) кадмия менее 1,0 мг/л,

(Fe_об) железа общего менее 80 мг/л,

(Со) кобальта менее 3 мг/л,

(Mn) марганца от 3 до 10 г/л,

(As) мышьяка менее0,1 мг/л,

(Sb) сурьмы менее 0,1 мг/л,

(Cl) хлора менее 200 мг/л,

(F) фтора менее 100 мг/л,

(Ge) германия менее 0,01 мг/л,

(Ni) никеля менее 1,0 мг/л,

органики менее 350 мг/л.

Раствор перед поступлением в электролизные ванны подкисляют отработанным электролитом от 30 г/л до 70 г/л H₂SO₄. Вследствие электролитической диссоциации в растворе образуются следующие ионы:

ZnSO₄ = Zn²⁺+ SO₄²^-,

H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^-,

H₂O = H⁺ + OH^-.

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

Zn²⁺ + SO₄²^- + 2ё = Zn + SO₄²^-; E°Zn²⁺/Zn = − 0,763 В.

Конкурирующей электродной реакцией на катоде является разряд ионов водорода:

H⁺ + ё = 0,5H₂; E°H⁺/H₂= 0,0 В.

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

H₂O – 2ё = 0,5O₂ + 2H⁺.

Таким образом, суммарный процесс в электролизной ванне характеризуется убылью в растворе ионов цинка в результате осаждения его на катоде, выделением на аноде газообразного кислорода и, как следствие этого, образованием серной кислоты:

2H⁺ + SO₄²^- = H₂SO₄.

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

Катионы металлов, более электроположительные, чем цинк (Co, Sb, Cu, Cd), способны восстанавливаться на катоде и загрязнять катодный цинк. Единственный путь избежать этого – предварительная глубокая очистка цинковых растворов.

2. Описание и режимные параметры технологических процессов

1. Практика электролиза

Нейтральный очищенный раствор из двух сборных чанов насосами закачивается в напорный бак, откуда самотеком по желобу и системе растворопроводов поступает в электролизные ванны.

Для электролиза цинка из сульфатных растворов используют полимерные ванны. Размер ванны: (2255 х 800 х 1400) мм. Объем раствора в ванне 2,73 м³.

Корпус ванны полиэтиленовый с цельнолитыми лотками, с сифонным сливом, с четырьмя поясами полимерметаллических бандажей.

В ванны устанавливают 32 алюминиевых катода и 32 свинцовых анода.

Катоды выполнены из листового алюминия (δ = 4 мм). Длина и ширина катодов должны быть на 10−20 мм больше, чем анодов, для предупреждения дендритообразования на краях катодов.

Размер рабочей части катода (970х630) мм. Рабочая поверхность с обеих сторон 1,12 м².

Аноды отливаются из свинца с добавкой 1% серебра, повышающей его коррозионную стойкость. Размер рабочей части анода (980х620) мм. Толщина анода 7,5 мм. Поверхность анода рифленая.

Аноды и катоды устанавливаются строго параллельно. Для предотвращения замыканий катодов и анодов между собой на аноде устанавливается 4 изолятора из полимерного материала. Расстояние между осями одноименных электродов принято (56−58) мм.

Для нормальной работы цеха необходим 5% запас анодов и 2% запас катодов и змеевиков от общего количества установленных в ваннах.