锌电解沉积(electrowinning of zinc)

采用不溶阳极，在直流电作用下使硫酸锌电解液中的锌沉积在阴极上的过程，为湿法炼锌流程的重要组成部分。

工艺   将已净化合格的硫酸锌溶液(简称新液)和返回的电解液(简称废液)按一定的比例混合后，连续不断地从电解槽的进液端送入电解槽，槽中插入用铅银合金板制成的阳极和压延纯铝板做的阴极。当通入直流电时，在阴极发生析出锌的反应：

Zn²⁺+2e=Zn

在阳极则发生水被分解成H⁺和氧气的反应：

H₂O—2e=2H⁺+1／2O₂

锌电解沉积的总反应为：

ZnSO₄+H₂O→Zn+H₂SO₄+1／2O₂

随着锌不断地在阴极上电解沉积，电解液中含锌量逐渐减少，而硫酸却相应增加。为使电解槽内电解液中锌和硫酸的浓度稳定地保持在规定范围，并维持稳定的电解液液面，须连续向电解槽加入新液，从另一端排出含锌50～60g／L、硫酸120～160g／L的废液。部分废液冷却后返回电解配液，以使电解槽内的电解液达到必要的循环速度。每隔一定周期(24～48h)取出沉积锌的阴极，经洗净后剥离锌。阴极锌经干燥后，送熔铸成产品锌锭。阴极铝板经刷洗处理，再装入电解槽中继续使用。

主要技术经济指标   锌电积的主要技术条件和指标有电能消耗、电流效率、槽电压和电锌质量。

电能消耗   湿法炼锌每生产1t电锌锭消耗电能3800～4000kW•h，电耗是构成电锌成本的重要部分。而锌电解沉积的电单耗达3000～3500kW•h，为总电能耗的79％～88％。

因此，降低锌电解沉积的电能消耗，对降低电锌成本意义重大。从电解沉积电能消耗公式：

可知，锌的电化当量为一恒量，为降低电能消耗，应采取一切措施提高电流效率和降低槽电压。

电流效率   定义为实际产出的锌量和通过相同电量时，理论上应得的锌量比的百分数。生产中，除由于漏电和短路引起电流效率下降外，阴极上氢的析出是使电流效率下降的主要原因。因此，提高氢在阴极上的超电位，就可以提高锌电解沉积的电流效率。生产上常采用提高电流效率的措施有：提高电流密度(阴极电流密度一般为350～600A／m²)，控制好电解液的温度(常控制在308～313K)，加速电解液的循环，稳定电解液成分并合理使用添加剂。正常生产的锌电解沉积的电流效率为88％～92％。

槽电压   是影响锌电解沉积电能消耗的重要技术参数，降低槽电压就能相应降低电能消耗。槽电压由硫酸锌分解电压(占槽电压的75％～80％)，电解液电阻电压降(占13％～17％)，阴、阳极极板电阻电压降(占1％～1.3％)，阳极泥电阻电压降(占5％～6％)及各接触点电阻电压降(1％～1.4％)组成。一般工厂的锌电解沉积槽电压多控制在3.3～3.4V，如电流密度和极间距过大，也可能达到3.5～3.6V。可采取降低槽电压的措施有：使接触点导电良好，定期刷洗阳极泥，保持电解液中合适的镁、锰等离子的浓度。

电锌质量   电锌中的主要杂质有铅、镉、铜。镉主要来自新液，铜则是由于电解槽槽面操作不洁净引入的，铅基合金阳极是杂质铅的主要来源。生产实践中影响电锌质量的主要杂质是铅，铅是由于阳极腐蚀进入电解液，在电解沉积过程中沉积入阴极锌中的。因此，大多数的锌电积厂都采用耐腐蚀性能好的含银0.5％～1％的铅银合金或铅、银、钙、锶四元合金制造的阳极。由于直接生成的PbO₂膜较间接生成的致密，许多工厂采用预先镀膜的阳极，以减少从阳极进入电解液中的铅量。电解液中氯离子含量增加或电解液温度升高，都会引起阳极中铅的溶解，但当电解液中Mn与Cl的浓度比大于3～3.5时，氯的有害影响受到明显抑制。提高电流密度以提高单位时间内锌的析出量，可相应降低电锌含铅量。向进槽电解液中添加锶或钡的碳酸盐，使之与铅形成溶解度更小的类质同晶硫酸盐共沉淀，可有效地降低电锌中的铅。

设备   锌电解沉积系统由贮槽、电解槽、阴极板、阳极板、废液冷却塔、管道、溜槽、输送泵和供电系统等组成。电解槽是一个钢筋混凝土制成的矩形槽子，内衬软聚氯乙烯塑料或环氧玻璃钢，也有用辉绿岩制成的。用单槽供液。阳极板材料一般为含银0.5％～1％的铅银合金，近年来也有用铅银钙合金的。阳极由阳极板和铜导电棒组成。阴极板为纯铝板。阴极由阴极板、导电棒、导电片、提环和绝缘边(橡胶条或聚乙烯塑料条)组成。电解液一般采用空气冷却塔或真空蒸发冷冻机进行冷却，用硅整流器供电，导电板用铜板。锌电解生产见彩图插页第7页。

展望   锌电解沉积是湿法炼锌电能消耗最多的一道作业，操作劳动强度大。其发展趋势是：提高操作的机械化和自动化水平，包括阴极提取、运送、剥锌和阴极板平整、返回和装槽等均用电子计算机控制；设备趋向大型化，增大阴极浸没面积，扩大生产力，提高生产能力；积极开展对锌电解节能的研究(包括阳极材料)，降低电能消耗。