關于硫酸鋅溶液的電解第1頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三5硫酸鋅溶液的電解沉積

5.1鋅電解液成分及鋅電積生產過程5.2鋅電積過程的理論基礎5.3鋅電解車間的主要生產設備及布置5.4鋅電解的正常操作5.5鋅電解生產的主要技術條件與指標分析5.6陰極鋅熔鑄第2頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

鋅的電解沉積是濕法煉鋅的最后一個工序，是用電解的方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過程。與銅電解精煉的異同之處？第3頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三5.1鋅電解液成分及鋅電積生產過程5.1.1鋅電解液

主要成分：硫酸鋅：Zn2+(40~60g/L)

硫酸：H2SO4(110~140g/L)水雜質成分：少量金屬的硫酸鹽、部分陰離子（Cl-、F-）。

雜質含量（mg/L）要求：

Cd<0.3、Co<0.3、Sb<0.03、Ge<0.03、Fe<10、Cl<50~100、F<10、Mn<1.8g/L第4頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三5.1.2鋅電積生產過程

硫酸鋅溶液的電積過程是將已經凈化好的硫酸鋅溶液以一定比例同廢電解液混合后連續不斷地從電解槽的進液端送入電解槽內。

鉛銀合金板（含銀1％）陽極和壓延鋁板陰極，并聯交錯懸掛于槽內，通以直流電，在陰極析出金屬鋅，在陽極放出氧氣。隨著電積的不斷進行電解液含鋅量逐漸減少，而硫酸含量則逐漸增加，為保證電積條件的穩定，必須不斷地補充新液。電積一定時間后，提出陰極板，剝下壓延鋁板上的析出鋅片送往熔鑄工序。第5頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三5.5

鋅電解車間的主要設備第6頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三第8頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

5.5.5剝鋅機第9頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三第10頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

鋅電積的電解液的主要成份為ZnSO4、H2SO4和H2O，并含有微量雜質金屬銅、鎘、鈷等的硫酸鹽。對于純硫酸鋅溶液，通以直流電時，發生的電極反應為：

陰極

Zn2++2e=Zn

陽極

H2O-2e=1/2O2+2H+

電解槽內發生的總反應為：

Zn2++H2O=Zn+1/2O2+2H+5.2鋅電積過程的理論基礎第11頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三5.2.1陰極反應

在鋅電積時移向陰極的正離子主要有Zn2+、H+。因此，在陰極上可能進行如下兩個主要反應：

Zn2++2e=Zn

Eθ

Zn2+/Zn=-0.763V2H++2e=H2

EθH+/H2=0.0V

電化學理論：較正電位的離子優先在陰極上放電析出在實際的電積鋅過程中，必須考慮由極化現象而產生電極反應的超電壓（）對實際析出電位的影響。（1）

Zn2+→Zn的極化作用很小，故析出鋅的超電位可以忽略不計；（2）

氫在鋅陰極上析出的超電位很大（約1.1V）。

EZn

=-0.763-Zn

=-0.763V

E

H2=0-H

=-1.1V

第12頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

氫析出超電壓與陰極材料、陰極表面狀態、電流密度、電解液溫度、添加劑及溶液成份等因素有關。氫的超電壓隨電流密度的增大、電解液溫度的下降以及添加膠等而增大，隨著電解液酸度的提高和中性鹽濃度的增加而降低，當溶液中加有銅、銻、鐵、鈷等大大降低超電壓。

在鋅電積過程中，氫氣析出不可避免。為了提高鋅的電流效率，必須設法提高氫析出超電壓。

第13頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三析出氧的反應：

2OH-

－2e=H2O+1/2O2Eθ=0.401V

SO4

2-

－2e=SO3+1/2O2

Eθ=2.42V電化學理論：在陽極上較負電位的離子優先放電

因此，在陽極發生的主要是0H-的放電析出氧氣的反應，隨著反應的進行溶液中H＋不斷增加，從而與硫酸根離子結合形成硫酸，這是鋅焙砂浸出過程中所需要的，保證了整個鋅冶金過程的酸平衡。5.2.2陽極反應陽極上主要有兩類反應：一是鉛陽極少量氧化溶解；二是析出氧氣。

同氫在陰極析出一樣，氧在陽極析出也有超電位存在；不同的時，生產中力求降低氧的超電位已提高電能效率。第14頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三陽極上放出的氧，消耗于三個方面：

（1）大部分氧在陽極表面形成氣泡，并吸附少量的酸和水逸出電解槽形成酸霧，使設備腐蝕，勞動條件惡化；

（2）小部分氧與陽極表面作用，參與形成過氧化鉛（PbO2）陽極膜，形成陽極鈍化而起不溶性陽極的作用，并保護陽極不受腐蝕。（陽極鍍膜）

（3）一部分氧與溶液中二價錳作用形成高錳酸和二氧化錳，其反應為：

2MnSO4+3H2O+5O2

＝2HMnO4+2H2SO4

該反應生成的MnO4-使無色硫酸鋅溶液變成紫紅色。

高錳酸繼續與硫酸錳作用：

MnSO4+HMnO4+2H2O＝5MnO2↓+3H2SO4第15頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

生成的MnO2，一部分沉于槽底形成陽極泥，一部分附于陽極表面形成比較致密的MnO2薄膜，保護陽極不受腐蝕。（Mn<1.8g/L）

在正常條件下，氧的析出約占陽極總電流的98%，Mn2+氧化生成MnO2約占1%。第16頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三鉛陽極溶解反應：陽極可能發生的反應有以下四個：（1）Pb+SO42-

－

2e=PbSO4

Eθ

=-0.356V（2）PbSO4+2H2O－

2e=PbO2+4H++SO42-

Eθ=1.685V（3）Pb+2H2O

－

4e=PbO2

Eθ=0.655V （4）2OH-

－2e=H2O+1/2O2

Eθ=0.401V(超電位較高)

首先發生反應（1），鉛溶解并生成硫酸鉛，由于硫酸鉛的溶解度很小，便開始在陽極表面結晶析出，直到整個硫酸鉛膜覆蓋整個陽極表面時為止，然后開始發生反應（4），但因氧的析出超電位較高，所以實際先發生反應（3）和（2），即鉛直接氧化或二價鉛離子的再氧化成四價狀態，生成二氧化鉛。二氧化鉛逐步將硫酸鉛膜所替代，此過程為陽極鍍膜。

二氧化鉛成為進行正常陽極反應，即氧析出過程的工作表面。第17頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三

電解液中微量雜質的存在，能改變電極和溶液界面的結構，直接影響到析出鋅的結晶狀態，降低電流電效率及電鋅質量。5.2.3電解液中的雜質在電積過程中的行為電解液中的雜質可分為三類：1、比鋅正電性的雜質：Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Cd、As、Sb2、比鋅負電性的雜質：K、Na、Ca、Mg、Al、Mn3、陰離子：F-、Cl-第18頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三鉛、鎘、錫、鉍較鋅優先放電并在陰極上沉積析出，降低電鋅質量。

鐵、銅、鈷、鎳在陰極上較鋅優先析出，降低電鋅質量，在陰極上造成各種“燒板”現象，顯著降低電解鋅生產的電流效率從而使產品的電耗增大。

鍺、砷、銻嚴重地降低電流效率和增加電能消耗。鍺與銻共存時危害加劇，鍺、銻還會加劇其它雜質的危害。鍺、砷、銻都會使陰極鋅起皺，嚴重時產生蜂窩狀或海綿狀沉積物，嚴重降低電鋅質量。向電解液中加入膠質，可不同程度地消除鍺與銻的危害。1、比鋅正電性雜質的影響第19頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三鉀、鈉、鋁、鎂、鈣等雜質比鋅更負電性，在電積時不在陰極析出，因此對鋅化學成分影響不大。但這類雜質在富集后會使電解液的粘度和電阻增大而增加電能消耗，特別是鎂