Катодный процесс

Цинк является электроотрицательным металлом ( и поэтому в кислых растворах на катоде следовало бы ожидать преимущественного разряда ионов водорода, а не осаждения цинка. Однако ток обмена водорода на цинке мал и, следовательно, перенапряжение выделения водорода на нем очень велико. Это дает возможность осаждать цинк на катоде из кислых растворов. Основными реакциями на катоде, погруженном в кислый сульфатный раствор, содержащий ионы цинка, являются следующие:

(1.2)

(1.3)

Равновесный потенциал водорода в этом растворе близок к нулю, равновесный потенциал цинка Кривые поляризации цинка идут значительно круче, чем водорода, так как ток обмена цинка на несколько порядков больше. При погружении цинкового электрода в раствор на нем устанавливается некоторый стационарный потенциал, характеризующийся равенством катодного тока разряда ионов водорода и анодного тока ионизации цинка. То есть цинк будет растворяться в электролите с выделением водорода. Стационарный потенциал при этом положительнее равновесного потенциала цинка, но отрицательнее равновесного потенциала водорода. При катодной поляризации цинкового электрода в интервале потенциалов от стационарного до равновесного рост катодного потенциала уменьшает растворение цинка, но на электроде продолжает идти только процесс выделение водорода, причем с увеличивающейся скоростью. При равенстве катодного потенциала и равновесного растворение цинка прекращается. При дальнейшем возрастании катодного потенциала процесс сопровождается совместным выделением на электроде цинка и водорода, причем рост потенциала приводит к увеличению выхода по току цинка. Рост катодного потенциала увеличивает выход по току цинка вплоть до наступления концентрационной поляризации по этому металлу. Последняя вновь уменьшает долю тока, расходуемого на разряд ионов цинка.

Увеличение концентрации ионов цинка, повышение температуры и скорости циркуляции электролита способствует уменьшению поляризации для разряда цинка, облегчая протекание этого процесса, и в то же время практически не оказывает влияния на перенапряжение водорода. Повышение кислотности, наоборот, будет благоприятствовать разряду ионов водорода и повлечет за собой понижение выхода по току цинка. Однако решающее влияние на выход по току при электроэкстракции оказывают примеси других металлов и ионов, обычно находящиеся в растворе сульфата цинка [3].