Составы электролитов для электроэкстракции цинка

2.1 Сульфатный электролит

Способ электролиза		Нейтральный электролит	Отработанный электролит
Низкокислотный	380-500	40-120	50-60	90-120
Интенсифицированный	500-700	150-170	55-60	150-200
Способ Тейтона	1000-1200	200-230	30-50	270-300

Основными компонентами раствора, находящегося в электролизере во время электролиза (отработанного электролита) являются сульфат цинка и серная кислота. Концентрация сульфата цинка и серной кислоты зависит от способа электролиза. Их можно выбрать, руководствуясь данными (таблица 1)

Таблица 1- Составы электролита при электроосаждении цинка (г/л)

Кроме того, в электролите, как было указано выше, всегда присутствует некоторое количество примесей сульфатных солей других металлов, таких как Mn, Fe, Cu, Niи др. Содержание основных компонентов и примесей оказывает существенное влияние на процесс электролиза. Так, в условиях применения высоких катодных плотностей тока (550-700 ) требуется наличие у электрода достаточного содержания разряжающихся ионов цинка, что может быть обеспечено высокой концентрацией сульфата цинка в объеме раствора. В этом случае выход по току цинка будет достаточно высок, а катодный осадок – иметь плотную структуру. Однако при чрезмерно высоком содержании сульфата цинка заметно снижается электропроводность электролита. Исходя из этого и основываясь на практике работы советских и зарубежных заводов, принимают концентрацию ионов цинка в отработанном электролите не менее 50-55 г/л.

Достаточное высокое содержание серной кислоты в электролите обеспечивает повышенную электропроводность, снижение напряжения на ванне и, как следствие, удельного расхода электроэнергии. Однако с повышением концентрации серной кислоты существенно возрастает скорость выделения водорода на катоде, поэтому доля тока, идущая на разряд ионов цинка, падает. Для каждого значения катодной плотности тока имеется некоторая оптимальная концентрация серной кислоты в электролите, при которой наблюдается минимальный расход электроэнергии. Установлено, что с повышением плотности тока возрастает и оптимальная концентрация кислоты и наоборот. В процессе электролиза в ванну подается нейтральный электролит, содержащий сульфат цинка и серную кислоту. Следовательно, при выборе состава электролита необходимо знать не только содержание цинка в отработанном электролите, но и в поступающем нейтральном растворе.

Наличие в электролите вредных примесей, таких как Ge, As, Cu, Co и других резко снижает выход по току цинка. Поэтому поступающий в ванну нейтральный раствор предварительно тщательно очищается от указанных примесей.

Процесс электроэкстракции цинка из сульфатных растворов, даже в случае применения высоких и сверхвысоких плотностей тока, сохраняет ряд недостатков, и в первую очередь применение свинцовых анодов, а также неиспользование анодного кислорода [1].

2.2 Хлоридный электролит

В случае применения хлоридного электролита ( хорошо решается проблема анодов. Графитированные аноды длительное время с успехом используют при электролизе хлористых солей, они дешевле свинцовых, анодный потенциал на них меньше, продукты их разрушения не загрязняют катодный металл. Выделяющийся на аноде хлор может быть использован. Хлоридные электролиты при одинаковых концентрациях кислоты и цинка имеют более высокую электропроводность, чем сернокислые. То есть, на первый взгляд, могли быть ликвидированы те недостатки, которых нельзя избежать при электроэкстракции цинка из сульфатного электролита. При промышленном освоении этого электролита возникли определенные трудности. Низкие плотности тока даже при очень низкой концентрации HCl, нестойкие аноды, диафрагмы и ванны, требовавшие частой замены, да и само применение диафрагмы, усложняющее конструкцию ванны – все это причины отказа от применения хлоридных электролитов. Однако со времени развития исследований по применению электроэкстракции из сульфатных растворов интерес к использованию этих целей хлористого электролита возник на новой ступени развитии техники, то есть при наличии хороших графитированных анодов, алюминиевых катодов, умении применять высокие плотности тока и непрерывно извлекать цинк в виде ленты. Одним из предложений, обещающим разрешить возможность работы без диафрагмы, является применение высокопористых графитированных анодов, служащих одновременно диафрагмой, через которую при помощи вакуума может быть отсосан хлор вместе с электролитом [1].

2.3 Щелочные цинкатные электролиты

Основным преимуществом щелочных растворов является возможность применения железа в качестве материала для аппаратуры, в том числе и для анодов. Напряжение разложения цинкатных растворов примерно на 0, 4 В ниже сульфатных. Несмотря на эти преимущества, электроосаждение цинка из цинкатных щелочных растворов используется в основном для получения очень тонких гальванических покрытий. При длительном времени извлечения плотный осадок рано или поздно превращается в грубый, губчатый, рыхлый: толстых плотных осадков получить не удается. Одним из существенных недостатков электроэкстракции цинка является невысокий выход по току цинка (не более 90%). Электроизвлечение цинка из щелочных цинкатных растворов целесообразно применять для переработки окисленных руд и отходов, для производства активной цинковой пыли, для снятия цинка с обрезков оцинкованного железа [1].

2.4 Выбор электролита

На основании обзора литературных источников можно заключить, что одним из наиболее перспективных электролитов для электроэкстракции цинка является сульфатный электролит, поскольку он дает высокий выход по току, позволяет работать при высоких плотностях тока и не требует дополнительных приспособлений для работы ванны.