淺談鋅電積生產實踐及影響因素

譙 寧

（四川會理鑫沙鋅業有限責任公司，四川 會理 615105 ）

合理的電解技術條件是提高產量（電效）、穩定質量、均衡生產的前提。鋅電積的直流電耗一般在3000～3500度/噸鋅片，影響直流電耗波動的因素很多，又相互牽制影響。電積鋅工廠的電流效率一般在85%～94%之間。

1 新液質量

新液質量是保證正常電解和提高電效的關鍵，由于鋅的電極電位較負（-0.763V），在析出鋅的同時許多雜質金屬離子也放電析出，輕則影響產量及電效，重則使整個電解過程無法進行下去，因此凈化工序必須給電解工序提供給合格的新液。影響新液質量的元素主要有Sb、Ge、As、Cu、Cd、Co、Ge、Fe、F、CL、Ca、Mg、Mn等，這些雜質在鋅電積過程中是極為有害的，如超標會降低電流效率，增加電耗，影響析出鋅質量，腐蝕陰陽極、堵塞管道等。

表1 國內某企業新液主要化學成分控制實例（mg/l）

（1）Sb、Ge、As對電解的危害。這些金屬離子的硫酸鹽電壓低于硫酸的分解電壓，導致氫的超電壓降低，使鋅析出困難而氫易析出。As、Sb、Ge在浸出、凈化工序正常情況下，較容易除去。電解液中As、Sb超標會引起析出鋅大面積的返溶，陰極析出表面粗糙，呈現出線條狀和粉狀。As超標過多會危害操作工人的健康。實踐得出As應控制在＜0.1～0.2mg/l，Sb在其它雜質都控制在標準內時，可放寬到0.3mg/l。若Ge含量超標，特別是As、Sb存在時危害更大，返溶更為嚴重。Ge燒板是背面往正面燒，有獨立的針孔狀，當孔稠密時就連成一片，形成大面積篩網狀。Ge的危害作用不僅在于它使已析出鋅返溶，而且還由于Ge離子在陰極析出后與氫形成氫化物，這種氫化物繼續與氫離子作用形成Ge2+，重新在陰極放電，造成電能無益的消耗，Ge的氫化—還原反應形成嚴重的惡性循環。根據生產實踐，每一次嚴重的燒板事故出現，都有Ge超標情況存在，我們把它稱之為以Ge為主的雜質中和癥大返溶。因此，Ge含量一定要控制在＜0.1mg/l以內。

（2）Cu對電解的危害。在正常生產過程中，很難遇到因Cu引起的燒板，但是經常遇到因Cu含量超標而產出不合格的陰極鋅片。Cu離子的析出特征是：在陰極上放電析出，并與鋅形成微電池而造成燒板。生產實踐經驗表明，Cu的來源有兩方面：一是凈化后液超標，二是操作中帶入。

（3）Cd對電解的危害。Cd危害主要是在陰極析出，影響鋅的化學成分，它不象Co、As、Sb、Ge等引起燒板，因此對電流效率影響不大。生產實踐中一般要求電解液含Cd＜5mg/l，生產一級鋅時Cd＜1.5mg/l。

（4）Co、Ni、Fe。Co的危害在于和鋅同時放電析出，并與鋅形成微電池，使已析出的鋅返溶。其燒板特征是：正面灰暗，背面有光澤，未燒透處有黑邊。生產實踐表明：當電解液中Sb、Ge含量高時更加劇了Co危害，而電解液中適量的Co存在可抑制Pb析出。電解液中一般控制Co含量＜2mg/l。Ni是比較難以對付的雜質，大多來源于凈化工序添加的CuSO4和FeSO4，很難除去，努力降低Sb、Ge含量可減輕它的危害。它的燒板是不規則小圓孔，由正面往背面燒，直徑達2cm～5cm，嚴重時剝下的陰極鋅不成片。Fe含量應控制在10mg/l以下，但是生產中經常波動在20～30mg/l，有時高達50～100mg/l，接近顯著影響電效和陰極鋅片純度。在實踐中觀察到，Fe除了電解過程中以Fe2+/Fe3+反復在陰陽極上還原氧化，消耗電能，降低電效外，當槽溫＞45℃時，上述反應更為劇烈，還使析出陰極鋅片大面積發黑燒板，松疏的鋅片熔鑄時渣量增大，降低鋅直收率。

（5）F、CL。F＜100mg/l，F-主要腐蝕陰極板表面的AL2O3薄膜，使析出鋅與鋁金屬結合緊密，鋅片難以剝離，并造成陰極鋁板消耗增加。根據生產實踐，采取水刷陰極板和添加酒石酸銻鉀可抑制鋅鋁合金的生成，改善剝片狀況。電解液中的CL-主要是成CLO4-、CLO3-等狀態，腐蝕陽極板，使溶液鉛升高，降低析出鋅質量。生產實踐中一般要求F、CL＜100mg/l。

（6）Ca、Mg、Mn。Ca、Mg、Mn等雜質比鋅更負電性，電積時雖然不會在陰極上析出，但這些雜質逐漸富集后會增加電解液粘度，使電解液電阻增大，消耗更多電能；易造成管道堵塞。Mn離子在電解過程中部分生成二氧化錳，對鉛陽極起到保護作用，電鋅廠一般要求Mn離子含量在3～5g/l為宜。

2 管理及控制

2.1 電解液溫度與流量

電解液流量是調節電解溫度的關鍵條件，每析出一噸鋅釋放的熱量為850KCal，所以冷卻塔和冷卻循環系統應大于釋放能量才能平衡好電解熱。新廢液混合比一般控制在1∶5-25，流量應達到＞40L/分.槽，槽間溫度差應＜3℃，加大流量還有利于減緩雜質的危害作用，消除濃差極化，提高電效。

2.2 電流密度和電解液鋅酸含量

根據生產實踐我們認為應采用中酸中電流密度技術條件控制為好。新液含鋅130～150g/l，電解廢液含鋅45～55g/l，酸145～165g/l，電流密度450～520A/m2為宜。在電解過程中每析出1g鋅再生1.5g硫酸，酸度高可減少溶液電阻，降低槽電壓，節約電能，可得到結晶致密沉積物。但含酸量過高，會降低氫超電壓，有利于氫在陰極上析出，加劇雜質活化，加速析出鋅和鉛陽極的溶解，使析出鋅質量降低，因此，電解廢液酸鋅比控制在2.5-3.3∶1為好。

3 添加劑

3.1 動物膠

動物膠在酸性溶液中帶正電荷，受直流電的作用移向陰極并吸附在高電流密度的點上而阻止晶核在此點的繼續長大，從而使陰極表面鋅沉積物平整、光滑、致密；同時能阻止雜質在陰極上的微電池作用而減少鋅的返溶；能增加氫的超電壓，抑制氫的析出。其加入量一般為0.01～1g/l，加多了析出鋅發脆。

3.2 碳酸鍶

鉛在硫酸溶液中溶解度很小，所以鉛在電解液中含量甚微，在陰極上與鋅一起放電析出，影響析出鋅質量。在電解液加入適量的碳酸鍶可降低析出鋅含鉛量，加入量通常為1～2Kg/噸鋅。

3.3 酒石酸銻鉀

為了防止析出鋅片與陰極鋁板發生粘連，導致陰極鋅片剝離困難，一般在裝槽前10～15分鐘向電解槽的供液端加酒石酸銻鉀，其用量按電解循環液中含銻0.1～0.2mg/l加入。

4 結論

硫酸鋅溶液的電解沉積是濕法煉鋅最后也是最關鍵的環節。影響電積的主要因素有新液質量、電解溫度與流量、電流密度、廢液含酸鋅量、添加劑、操控水平等，需嚴格按照工藝技術條件及加強管理才能使電積過程順利進行。