Электролитическое осаждение цинка из растворов

Электролиз является завершающей ста­дией гидрометаллургического производства цинка. По­лучаемый путем электроосаждения катодный цинк мало чем отличается по своему составу от готовой продук­ции – чушкового металла.

На процессе электролиза резко сказывается качест­во всех предшествующих операций – обжига, выщела­чивания и особенно очистки растворов от примесей. Электролизные ванны подчас быстрее и полнее отража­ют отклонения в составе нейтрального электролита и по­вышение содержания примесей, чем все известные ана­литические методы определения качества электролита.

Состав нейтрального раствора сульфата цинка, на­правляемого на электролиз: 120–180 г/л Zn; 0,05–0,2 мг/л As; 2–10 г/л Мn; 0,01–0,15 мг/л Sb; 0,1–2,0 мг/л Cd; 0,2–50 мг/л Fe; 2–4 мг/л Со; 20–300 мг/л С1; 0,01-0,5 мг/л Ni; 20–50 мг/л F; 0,05–0,1 мг/л Сu; 0,05–0,1 мг/л Ge.

Сущность процесса электролиза заключается в сле­дующем. Нейтральный электролит непрерывно поступа­ет в электролизные ванны, в которых установлены леги­рованные серебром свинцовые аноды и алюминиевые катоды. Через ванны пропускается постоянный электриче­ский ток. При прохождении тока через электролит от анода к катоду на алюминиевых катодах осаждается ме­таллический цинк.

При этом нейтральный цинковый раствор обедняется цинком и обогащается серной кислотой, образующейся в результате взаимодействия с водой освобождающей­ся группы SO₄. Таким образом, электроосаждение цинка протекает в кислой среде. С целью получения удовлет­ворительных показателей выхода по току и удельного расхода электроэнергии подачу нейтрального электро­лита в ванны регулируют таким образом, чтобы в отра­ботанном кислом электролите содержание цинка состав­ляло не менее 50 г/л. Выходящий непрерывно из ванн отработанный кислый электролит направляют далее на выщелачивание огарка или возгонов.

В процессе электролиза температура электролита в ваннах повышается за счет джоулева тепла. Для под­держания заданной температуры раствора применяется индивидуальное охлаждение при помощи змеевиков или централизованное охлаждение путем многократной пода­чи в ванну предварительно охлажденной смеси нейт­рального и кислого электролитов.

В общем виде электроосаждение цинка из чистого сульфатного раствора может быть представлено следующей схемой:

ZnSO₄ + Н₂О = Zn + H₂SO₄ + 0, 5О₂. (11)

Из данной схемы следует, что продуктами электролиза являют­ся металлический цинк, серная кислота и кислород.

Так как соли, кислоты и основания диссоциируют в раство­рах с образованием ионов, то определенная часть молекул сульфата цинка, серной кислоты и воды находится в диссоциированном состоянии, как это видно из следу­ющих уравнений:

ZnSO₄ ↔Zn ²⁺+ SO^2-₄, (12)

H₂SO₄ ↔2H⁺ + SO^2-₄, (13)

Н₂О↔Н⁺ + ОН^-. (14)

Под действием напряжения катионы движутся к отрицательному электро­ду (катоду), а анионы к положительному (аноду). При подходе к электродам катионы и анионы разряжаются, выделяясь из раствора в атомарном состоянии. Разряд катионов и анионов сопровождается присоединением или отдачей электронов. Положи­тельно заряженны ионы цинка (Zn²⁺) и водорода (Н⁺), а отрицательно заряженны группы SO^2-₄ и ОН^- [4].