最佳溫度留住鋅
——探究電解工業(yè)廢料回收金屬鋅的最佳溫度

文首都師范大學(xué)附屬第二中學(xué)高三（2）班羅瑜

最佳溫度留住鋅
——探究電解工業(yè)廢料回收金屬鋅的最佳溫度

文首都師范大學(xué)附屬第二中學(xué)高三（2）班羅瑜

鋅是地球上第四“常見(jiàn)”的金屬，在冶金、機(jī)械、電氣、化工、輕工、軍事和醫(yī)藥等領(lǐng)域有著重要作用。近年來(lái)，隨著煉鋅技術(shù)不斷提升，鋅原料消耗巨大，鋅礦資源越來(lái)越少，金屬鋅面臨原料供應(yīng)短缺的局面，未來(lái)將有更多地區(qū)可能出現(xiàn)無(wú)鋅礦可采的情形。有資料分析，全球鋅儲(chǔ)量靜態(tài)開(kāi)采保證年限為24年。

為緩解并從根本上解決這種資源危機(jī)，許多大型鋅業(yè)公司紛紛采用鋅廢料資源作為鋅冶煉的主要原料。其中，鋼鐵廠(chǎng)含鋅煙塵是一種重要的鋅再生資源，從中綜合回收鋅已成為企業(yè)和科技工作者關(guān)注的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)對(duì)含鋅煙塵中回收鋅的方法主要是濕法。我在國(guó)內(nèi)對(duì)Zn（II）-NH4Cl-H2O體系和Zn（II）-NH3-（NH4）2CO3-H2O體系電沉積鋅的基礎(chǔ)上，利用氨性溶液易浸出鋅及易凈化除雜的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免Cl-易腐蝕電解設(shè)備的缺點(diǎn)，采用從煙塵灰中浸出鋅的浸出液Zn（II）-NH3-（NH4）2CO3-H2O作電解液，用鍍鈦惰性節(jié)能電極和鋁電極分別作陽(yáng)極和陰極進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了電解液溫度對(duì)電解產(chǎn)率及鋅層外觀(guān)的影響。

一、電鍍前金屬基體的表面準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)采用鍍釕鈦陽(yáng)極和鋁陰極。

電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)中，常常發(fā)現(xiàn)局部鍍層脫落、起泡或出現(xiàn)花斑以及局部無(wú)鍍層等，究其原因，多數(shù)情況下都是由于金屬鍍前處理不當(dāng)造成的。

電鍍是發(fā)生在被鍍件與鍍液接觸面間的電化學(xué)反應(yīng)。為確保電鍍層的質(zhì)量，與鍍液接觸的被鍍零件表面必須是基體材料本身，即鍍件表面不含任何污物，也無(wú)其他銹蝕產(chǎn)物膜層，同時(shí)表面應(yīng)力求平整光滑。這樣才能使基體表面很好地被鍍液潤(rùn)濕，鍍出的金屬才能與平整光滑的表面牢固地結(jié)合?？梢?jiàn)，電鍍前金屬基體表面的準(zhǔn)備工作很重要。

所以，鍍前預(yù)處理的工序?yàn)榇蚰ィń鹣嗌凹垼?水洗-除油-水洗-侵蝕(酸洗)-蒸餾水清洗。

二、測(cè)定工作溫度（T）對(duì)電解產(chǎn)率（ηK）（實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量之比）、沉積鋅層外觀(guān)的影響

固定陰極電流密度為每立方分米2A，磁力攪拌器攪拌速率為850 rpm，均勻攪拌，改變電解液溫度（T），按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1電解液溫度對(duì)電流效率及沉積鋅層外觀(guān)的影響

圖1 電解液溫度對(duì)電解產(chǎn)率的影響

由圖1可知，在電解液溫度30℃至60℃范圍內(nèi)，電解產(chǎn)率的變化不明顯，其中在40℃時(shí)電流效率最高。但沉積鋅層的形貌隨著電解溫度上升而變差，這與高溫有利于鋅晶體生長(zhǎng)的原理有關(guān)。因此，40℃為最佳電解液溫度。