湿法冶金-电沉积详解.ppt

电解过程 阴、阳两个电极反应 阴极，发生的反应是物质得到电子的还原反应，称为阴极反应。 阳极，发生的反应是物质失去电子的氧化反应，称为阳极反应，阳极有可溶与不可溶两种。 液相传质过程 电迁移 对流 扩散 阴极过程 金属电沉积的热力学条件 一些基本参数的含义 氢的超电位 几种阳离子的共同放电 阴极沉积产物形貌的影响因素 金属电沉积的热力学条件 原则上，只要电极电势足够负，任何金属离子都有可能在阴极还原为金属。 但溶液中其他离子的存在会导致金属离子不能析出。 金属离子在阴极的电沉积顺序还取决于金属离子的活度、溶液pH值、金属离子在溶液中的存在状态、析出金属的形态、溶剂成分、溶液组成等因素。 金属电沉积的影响因素 在金属电沉积过程中，对耗能和电沉积产品质量的影响因素很多： 电极 电解质溶液组成 温度 电流密度 槽电压 阴极氢气的析出 阳极过程 阳极反应 阳极钝化 可溶阳极与不溶阳极 电解过程 硫酸锌水溶液的电沉积 铜的电解精炼 2. 锌电解车间的设备及技术经济指标 1) 锌电解车间的主要设备有：电解槽、阴极、阳极、供电设备、载流母线、冷却电解液的设备及剥锌机等。 2) 技术经济指标 (1) 电解液成分：通常电解液含Zn50~60g/l，含H2SO4为100~ 110g/l。 (2) 电流效率：目前实际生产中的电流效率约为88~93%。 η =理论析出锌量／实际析出锌量×100％ 由于实际生产中H+和杂质元素的放电析出以及锌的二次化学反应：Zn + 1/2O2 = ZnO，ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O和短路、漏电等原因，析出的锌量总是小于理论上计算的析出锌量。 影响电流效率的因素： a) 电解液中的杂质含量： 铜、钴、镍：电解液中铜含量高时，析出的锌呈疏松黑色状，严重时出现孔洞，降低电流效率。铜的来源是净液跑滤铜导头和其它铜物料溶解所致。钴的影响与铜相似，工业上称为烧板，产生小黑点和孔眼。胶的加入可减轻其危害。镍的行为也相似。一般电解液中铜、钴、镍的含量小于0.5g/l、3~5g/l和1mg/l。 As、Sb、Ge、Se、Te：这些杂质对电沉积危害更大。电解液中As、Sb、Ge的含量要低于0.1mg/l，Se和Te要低于0.02~0.03g/l。其来源是锌精矿和氧化锌烟尘。 这些杂质的危害主要有：析出锌呈球苞状、条纹状和疏松状态，也产生有毒的AsH3和SbH3，显著降低电流效率。 Fe、Cr、Pb对电流效率影响不大。Fe会在阳极氧化为Fe3+，阴极上还原为Fe2+，允许铁含量为2~5mg/l。Cr和Pb比Zn的电位正，因而会在阴极析出，影响电锌质量，但对电流效率影响不大。 b) 电解液的温度 电解液的温度高，则氢的超电位下降，因而也降低了电流效率。所以要求在较低的温度(30~40℃)下进行电解。电解过程是放热过程，因此工业上要对电解液进行冷却。 c) 析出锌的状态和析出周期 析出表面粗糙意味着表面及增加，电流密度下降，也就是降低了氢的超电位，使电流效率下降。析出周期过长，阴极表面粗糙不平整直至长疙瘩，甚至使阴阳极相互接触，造成短路，电流效率也会下降。工业上析出周期一般为24h。 槽电压＝硫酸锌的分解电压 + 电解液电压降 + 导电杆、导电板、接触点等的电压降。生产中要力求降低这些无用的电压降。 V = IR = IρL/S = DKρL 其中ρ为电解液比电阻。 提高温度和酸度可使ρ降低，但同时电流效率也会下降，所以应综合考虑。 (3) 槽电压 (4) 添加剂的作用与析出锌的质量 析出锌的质量包括化学质量和物理质量。 a) 化学质量 化学质量是指锌中杂质含量多少和锌的等级。电锌中Fe、Cu、Cd都易达到要求，唯有铅不易达到。所以铅含量是电锌化学质量的关键。电解液中的铅来自铅阳极的溶解。促使阳极溶解的因素是电解液中的含氯量和电解液的温度。 从实践上看，MnO2与PbO2共同形成的阳极膜较坚固。锰还能使悬浮的PbO2粒子沉降而不在阴极析出。生产中为了降低电锌含铅，采取定期刷阳极和定期掏槽的措施。 为了降低含铅量还可添加碳酸锶。碳酸锶(SrCO3)在电解液中形成硫酸锶。它与硫酸铅的结晶晶格几乎一致。因而形成极不易溶解的混晶沉于槽底。当用量为0.4g/l时，电锌中含铅可降至0.0038~0.0045%。缺点是比较昂贵。 b) 物理质量 物理质量不好表现为：产出疏松、色暗有孔的海绵态锌。这种锌表面积大，容易返溶和造成短路，致使电流效率显著下降，电能消耗显著增高。 主要原因：电解液中杂质多，氢析