电解车间工艺培训..

曲靖锌厂电解车间工艺培训教案目录锌电解沉积的基本概念电流效率，槽电压及电能消耗杂质对电解沉积过程的影响电解沉积的操作实践电解沉积过程的主要技术经济指标电解沉积的质量控制曲靖锌厂电解车间工艺培训教案第一节锌电解沉积的基本概念一、锌电解沉积的一般概念电解沉积锌的过程是：将已经净化的硫酸锌溶液（即新液），连续不断地从电解槽的进端送入电解槽中，以铅银合金板做阳极，压延铝板做阴极，当通过直流电时，阴极上析出金属锌，阳极上放出氧气，随着过程的不断进行，电解液中的含锌量不断减少，硫酸含量不断增加。这种经过电解沉积后的电解液，叫做废电解液，它连续不断的从电解槽的出液端溢出，一部分送往浸出工序，其余部分在电解系统循环，阴极上析出的锌每隔一定周期（我车间为48小时）取出来，将锌片剥下送去熔化铸锭，成为锌成品。阴极铝板经过平整清刷后，再装入电解槽中继续进行电解沉积。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案1、按采用的技术条件不同，锌电解过程一般可分为三种方法：（1）、低酸低电流密度法，采用300~400A/m2的电流密度和含硫酸100~130g/l的电积液；（2）、中酸中电流密度法，采用400~600A/m2的电流密度和含硫酸130~200g/l的电积液；（3）、高酸高电流密度法，采用600~1000A/m2的电流密度和含硫酸200~300g/l的电积液；三种方法原理是一样的，只不过是所用的电流密度和电积液酸度有较大差别而已。增加电流密度，可提高电积槽的锌产量，但电积液必须除去更多的热量，纯度要求也更严格。过去采用低酸低电流密度法的电锌厂较普遍，但它限制了生产过程的强化。因此，现在的电锌厂多使用中酸中电流密度法，在操作良好的条件下，可以获得高于90%的电流效率。采用高酸高电流密度法的电锌厂必须在高锌含量下作业，以保证溶液中的酸锌比高于足以避免析出锌反溶的程度，返回的废液由于含酸高，更容易溶解焙砂中的铁酸锌。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案二、电离的概念除金属及熔融的盐和碱是电流的良导体外，酸、碱和盐的水溶液也能导电。根据电离理论：当酸、碱和盐（统称电解质）溶于水中时，它们的分子或多或少地离解成带电荷的离子，这种离解过程叫电离。每一种电解质都能电离出带正电荷的正离子和带负电荷的负离子，所有正离子所带正电荷的总和与所有负离子所带负电荷的总和相等。因此，整个溶液仍然保持电中性。但电流通过溶液时，溶液中的正离子和负离子各自开始向彼此相反的方向移动：正离子移向阴极，负离子移向阳极。它们在电极上失去电荷（放电），实现了离子导电，放电后的离子变成中性原子或原子团。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案三、锌电解沉积过程的阴阳极反应假设电解液中无其它杂质，我们的电解液是纯净的硫酸锌水溶液，则在电解液中就仅仅存在硫酸锌（ZnSO4）、硫酸（H2SO4）和水（H2O）。根据电离理论，它们发生如下电离反应：ZnSO4Zn2++SO42-H2SO42H++SO42-H2OH++OH-当通过直流电时，带正电荷的锌离子（Zn2+），接受2个电子（放电）变成中性锌原子，在阴极上以结晶状态析出：Zn2++2e=Zn曲靖锌厂电解车间工艺培训教案同样，带负电荷的氢氧根离子（OH-）移向阳极，在阳极上失去2个电子（放电）放出氧气。2OH--2e=H2O+1/2O2这样便可把电解沉积的过程列成如下反应方程式：在阴极：Zn2++SO42-+2e=Zn+SO42-在阳极：2H++2OH--2e=2H++H2O+1/2O2总的反应式为：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+1/2O2曲靖锌厂电解车间工艺培训教案阴极4e-2Zn2Zn2+I2H2O阳极（不溶）4e-2ZnSO44H+直流电源阴极4e-2Zn2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+H2SO4+H2O2Zn2+I2H2O阳极（不溶）4e-2ZnSO44H+直流电源阴极4e-2Zn2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+H2SO4+H2O2Zn2+I2H2O阳极（不溶）4e-2ZnSO44H+直流电源2SO42-2H2SO4O2电解质ZnSO4+H2SO4+H2O曲靖锌厂电解车间工艺培训教案1、阴极反应在电解液中，带正电荷的正离子，除锌离子外，还有氢离子，它也有可能与锌离子一样，在阴极上得到两个电子（放电）析出氢气，因而有如下两个反应：Zn2++2e=Zn2H++2e=H2在两个放电反应中，究竟哪一种离子优先放电，由以下几个因素决定：（1）它们在电位序中的相对位置，具有较大正电性的离子较易在阴极放电析出。（2）它们在溶液中的离子浓度。（3）电解沉积时组成的阴极材料。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案由电位序表可看出：氢的标准电极电位H2/2H+为+0.000(V）锌的标准电极电位Zn/Zn2+为-0.763（V）因此，在阴极上应该是氢优先放电析出，但实际上，由于氢离子在各种不同金属材料的阴极上析出时的析出电位，要比它的电极电位大，需要外加一定的电压，这种需要外加的使氢离子在阴极上析出的电压就叫氢的超电压。氢离子在阴极锌上析出时的超电压很大，结果使得氢离子在阴极上的析出电位值比锌更负，因此，使锌离子有限在阴极上放电析出。这就是锌能在硫酸锌水溶液中电解析出的原因。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案氢离子在阴极析出的超电压影响因素有（1）阴极材料；（2）电流密度；（3）电解液的温度；（4）加入电解液中的添加剂；（5）溶液中的杂质含量。在生产中，为了使氢不在阴极析出，保证电解沉积有较高的电流效率，总是采取一些增大氢的超电压的措施，如：降低电解液温度、添加牛胶、降低电解液中的杂质含量等。在锌电解过程中，氢超电压与电解电流密度的关系可用塔菲尔公式表示：影响氢在阴极析出的超电压的主要因素有：a、阴极材料的影响不同的阴极材料有不同的α,b值，在不同的阴极上，氢析出超电压的α值相差较大，一般可按α值的大小分为：高超电压金属（α≈1.2～1.5伏），有Pb、Cd、Hg、Tl、Zn、Sn、Al。中超电压金属（α≈0.5～0.7伏），有Fe、Co、Ni、Cu、Au。低超电压金属（α≈0.1～0.3伏），有Pt、Pd。KHDbalg2曲靖锌厂电解车间工艺培训教案b、阴极电流密度的影响氢的超电压与阴极电流密度DK之间存在着直线关系，即氢的超电压随阴极电流密度的提高而增大。c、温度的影响温度升高，氢在阴极析出的超电压下降，容易在阴极上放电析出。虽然温度升高使b值增大，但α值是减小的，总的影响是使氢的超电压降低。d、阴极表面状态的影响阴极表面越不平整，则阴极的实际表面积就越大，真实的电流密度就越小，从而使得氢的超电压也就越小。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案e、电解液组成的影响电解液中的杂质在阴极析出后，局部改变子阴极材料的性质，从而使得局部阴极上氢的超电压有所改变。当溶液中的铜、砷、锑、钴等杂质的含量超过充许含量后，它们在阴极上析出，它们属于中、低超电压的电极，从而降低了氢气析出的超电压。f、添加剂的影响电积液中加胶，可以改善阴极的表面状态，从而增大氢的超电压，但胶只能达到一定限度，过分增加胶量时氢的超电压又开始下降。2、阳极反应在阳极上主要有三个反应：（1）2OH--2e=H2O+1/2O2（2）SO42--2e=SO3+1/2O2（3）Pb-2e=Pb2+曲靖锌厂电解车间工艺培训教案在阳极，由于硫酸根在阳极上放电析出电位比氢氧根高很多，故，在阳极是氢氧根离子放电析出氧气，而硫酸根离子与电解液中的氢离子结合成硫酸(即第二个反应一般不发生）。故在阳极仅发生第一和第三个反应。在此先说第一个反应：阳极上放出的氧气消耗在三个部分：（1）与电解液中的硫酸锰（MnSO4)起化学反应：2MnSO4+3H2O+5/2O2=2MnO4+2H2SO4反应生成的MnO4在电解液中与H+离子生成HMnO4，它使电解液呈紫红色，HMnO4又继续与硫酸锰作用：曲靖锌厂电解车间工艺培训教案2HMnO4+3MnSO4+2H2O=5MnO2+3H2SO4反应生成的MnO2，一部分附着在阳极上，一部分沉入槽底，称为阳极泥。（2）少部分氧与阳极表面的铅作用：Pb+O2=PbO2PbO2保护阳极不受腐蚀。（3）大部分氧气从阳极析出后逸出电解液表面，并带出少量电解液的微小颗粒，形成酸雾。阳极上的第三个反应是阳极上的铅溶解：Pb-2e=Pb2+曲靖锌厂电解车间工艺培训教案生成的铅离子在电位序中具有比锌高的正电性：锌的标准电极电位Zn/Zn2+为-0.763（V）铅的标准电极电位Pb/Pb2+为-0.126（V）故可在阴极上析出，是锌片含铅升高，降低锌片质量。但在生产实践中，由于阳极表面生成了一层氧化膜（PbO2）而钝化，同时又有MnO2覆盖，故防止了铅阳极的溶解。这也就是锌电解称为不溶阳极电解的原因。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案第二节电流效率，槽电压及电能消耗一、电流效率及其影响因素电流效率在电解沉积中是一项重要的技术经济指标。根据法拉第定律，通过1A/h的电量，在阴极上应产出1.22克锌，但在实际的电解沉积过程中得到的锌量总是少于这一理论值，这是因为在阴极上除了锌析出外，由于各种原因，氢的超电压降低时，氢离子也在阴极上析出。此外，比锌更正电性的金属杂质离子也在阴极放电析出，因而消耗了部分电流。当绝缘设备条件损坏，操作上引起阴阳极接触等，都将导致电流的漏损。工业生产中，常用下式计算电流效率：曲靖锌厂电解车间工艺培训教案η=m×100%/(q×I×t×N)式中：η——电流效率，%m——析出锌实际产量，g;q——电化当量，1.2202g/(A·h)I——电流，A；t——电解时间，h；N——电解槽数目影响电流效率的因素有：（1）电解液中的锌酸含量；（2）电解液的温度；（3）电流密度；（4）电解液的纯度；曲靖锌厂电解车间工艺培训教案（5）漏电和短路影响；（6）析出周期；（7）添加剂使用情况；（8）锌片剥离的难易程度；（9）下槽阴极的表面状态。二、槽电压槽电压是指电解槽内相邻阴阳极之间的电压降，可直接用直流电压表测出。在生产上，通常用电源总电压除以串联总槽数所得的商来表示。V=U/N曲靖锌厂电解车间工艺培训教案槽电压变化在3.2~3.6V之间。槽电压是由硫酸锌的分解电压、克服电解液电阻的电压降、阳极电压降、阴极电压降、阳极泥电阻的电压降等五项组成。硫酸锌的分解电压占槽电压的78.30%，电解液的电压降占12.13%。电极极化主要由电极表面上离子浓度改变所致，因此在设备条件一定的情况下对槽电压大小有决定性影响的因素就是极间距离、电流密度、电解液的酸度和温度、导体接头情况以及其他因素，缩短极距能够大大降低槽电压，从而减少电能消耗，但极距过小对操作不利，还易发生短路。我厂电解槽内的极间距离为75mm。曲靖锌厂电解车间工艺培训教案三、电能消耗电能消耗是指每生产1t析出锌所消耗的电能，单位为KWh/t。其计算公式如下：W=实际消耗电能（KWh）/析出锌产量（t）=U×I×t×N/I×q×t×η×N=U/q×η式中：W——电能单耗，KWh/t·Zn;η——电流效率，%U——槽电压，V；q——电化当量，1.2202g/(A·h)I——电流，A；t——电解时间，h；N——电解槽数目曲靖锌厂电解车间工艺培训教案四、计算运用1、某列电解共有200个电解槽，，电流强度为31KA，电解析出周期为48h，所产锌片产量为327.023t,试计算该析出周期内的电流效率，若槽电压为3.4V,试计算其电耗。解：电流效率=m/(q*I*N*t)=90.11%电耗=v/(η*q)=820*3.4/0.9011=3094kwh/t2、某列电解槽装48块阴极板，电流强度为32KA，电解析出周期为48h，电压660V，产出锌片320t,加入锌液含锌160g/l,废液含锌60g/l，试计算出电流密度及每小时新液加入量。解：曲靖锌厂电解车间现用阴极板有效面积为1.6m2电流密度(A/M2)=I/A=32000/(48*1.6)=416.7A/M2电效=m/(q*I*N*t)=85.4%新液加入量=32000*1.2195*0.854*