20. Электролиз цинка, влияние основных металлов-примесей на показатели процесса.
Влияние примесей в электролите на электролиз имеет большое значение и поэтому заслуживает специального рассмотрения. Примеси могут либо непосредственно участвовать в электродных процессах, либо оказывать влияние на свойства электролита (на электропроводность, вязкость и др.). Участие примеси в электродном процессе ведет к ее выделению на катоде, что нежелательно, поскольку вызывает загрязнение или коррозию катодного цинка. Подавление выделения примесей на катоде возможно или снижением их концентраций в растворе, или повышением плотности тока. Рассмотрим поведение примесей, выделяющихся на цинковом катоде. Выделившаяся на цинке примесь металла, более электроотрицательного, чем цинк, образует в электролите короткозамкнутый электрохимический микроэлемент, в котором примесь служит катодом, а цинк - анодом. Работа этого микроэлемента вызывает анодное растворение цинка и восстановление катионов на примесном катоде. Поведение примеси в катодном процессе зависит от соотношения скоростей выделения примеси, водорода и цинка на примесном катоде. Рассмотрим, от чего зависит соотношение этих скоростей. Перенапряжение водорода играет большую роль в поведении примесей при электролизе ZnSO4. Оно на металлах возрастает в ряду: Ni < Со < Си < Sb < Ge < Cd < Zn<Pb. В такой последовательности возрастает загрязняющее и ослабевает коррозирующее влияние примесей. Умеренный подъем плотности тока уменьшает коррозионное действие примесей, а значительный подъем усиливает его. При постоянстве эффективной плотности тока, т.е. отнесенной к габаритной площади катода, коррозионное действие примесей самопроизвольно усиливаемся по мере наращивания катодного цинка. Коррозионное действие примесей тем сильней, чем больше разница в электродных потенциалах примеси и цинка.Из-за разницы в электродных потенциалах наиболее коррозионно активными являются германий, мышьяк, медь, сурьма. Вредное влияние коррозии цинка проявляется не только в обратном растворении выделившегося цинка, т.е. в снижении выхода цинка по току, но и в ухудшении физического состояния осадка (раковины, неод- нородности поверхности и толщины осадка), что снижает истинную плотность тока и ухудшает возможности сдирки осадков с катодных матриц. Ряд примесей отрицательно влияет на электролиз своим участием в анодном процессе (железо, марганец, хлор, фтор). Вредное влияние железа на электролиз состоит в том, что Fе3+ -aq окисляется на аноде и образовавшийся Fe3+ aq восстанавливается на катоде, что приводит к непро- изводительным затратам энергии и снижению выхода по току. Вредное влияние хлора и фтора проявляется в разъедании алюминиевых катодных матриц и охлаждающих змеевиков, а также свинцовых анодов (химическая коррозия). Вредное влияние органических примесей проявляется в повышении удельного расхода электроэнергии при электролизе. Нужно снижать содержание вредных примесей в электролите.
21. Поведение никеля и кобальта при электролизе сульфатных цинковых растворов.
Примеси Ni2+ и Co2+ испытывают значительную химическую поляризацию при осаждении на цинке. Примеси Co0 и Ni0 характеризуются низким перенапряжением выделения на них водорода. Низкое перенапряжение водорода на примесях вызывает энергичное его восстановление на примесных катодах и анодное окисление цинка, его сильную коррозию
22. Поведение марганца при электролизе сульфатных цинковых растворов.
23. Циркуляция и способы охлаждения электролита при электролизе сульфатных цинковых растворов.
24. Аппаратурное оформление процесса электролиза цинка, конструкции анода и катода, электролизных ванн.
25. Технология электролитического восстановления цинка из сульфатных растворов.
26. Переплавка катодного цинка на чушковый металл.
Катодный цинк не является товарным продуктом, так как загрязнен электролитом, покрыт оксидными пленками и неудобен по форме для транспортировки и употребления. Поэтому его переплавляют и очищают от оксидных и солевых загрязнений, а затем отливают в слитки определенной формы и размеров (чушки). Плавка катодного цинка ведется при 500-520°С (ограничение температуры вызвано летучестью и окисляемостью цинка) в низкочастотных индукционных печах, в которых жидкий цинк служит вторичной обмоткой понижающего трансформатора. Печь имеет глубокую ванну, чтобы поверхность жидкого цинка по отношению к массе металлического расплава была малой (уменьшение окисляющего воздействия кислорода воздуха). Листы цинка загружают малыми пачками (по 5-7 листов, чтобы не снижать температуру расплава во время загрузки). Листы погружаются в расплав и там плавятся. Оксидные и солевые загрязнения обволакивают капельки цинка и всплывают на поверхность жидкой ванны. Чтобы освободить капли цинка от оболочки из ZnO, ZnS04 и ZnS в печь одновременно с листами цинка загружают NH4Cl, который, взаимодействуя с окисленными формами цинка, оплавляет их и высвобождает капли цинка. В результате на поверхности расплава образуется порошкообразный продукт, называемый дроссами. Дроссы сгребают и выгружают из печи. Они содержат 80-90 %Zn, 1-2,5 % Cl. Дроссы содержат примеси оксидов марганца и железа, что придает бурый цвет севкой части дроссов (все соединения цинка в ней - белые). Процесс образования дроссов сводится к следующему. Хлористый аммоний служит хлоринатором для ZnO: 2NH4C1+ZnSO4 = ZnCl2 + 2NH3 +H2O Сульфат цинка, образующийся в результате взаимодействия пленки электролита с катодным цинком, вступает в реакцию с Zn расплавом и хлоридом Zn. Благодаря образованию ZnCI2 оплавляется оксидно-сульфидно-сульфатная оболочка всплывающих капель цинка, из которых высвобождается металлический Zn. При хорошем качестве NН4Cl удельный расход его не превышает 0,6 кг/т цинка. Удельный расход электроэнергии 120 кВт-ч/т Zn. При плавке катодного цинка выход чушкового цинка - около 98 %, потери цинка на угар - около 0,3-0,4 %, остальное переходит в дроссы и пыль. Выход дроссов необходимо сокращать, что достигается улучшением качества катодного цинка (плотный, гладкий).
27. Методы переработки цинк- и свинецсодержащих промпродуктов цинкового производства.
Цинковое сырье содержит сопутствующие компоненты, из которых можно получить ценные продукты, что позволяет комплексно использовать сырье. Эти компоненты содержатся в полупродуктах технологии. Полупродуктами гидрометаллургического производства являются сернистый газ, цинковый и медно-кадмиевый кеки