水溶液电化学-Zn.ppt

1. 氢扩散阳极的研究 该技术由鲁尔锌公司、鲁奇公司、波斯顿的普罗托技术公司等一起进行的研究。使传统的电解总反应： Zn2+ + H2O → Zn + 2H+ +1/2O2 改变为： Zn2+ + H2 → Zn + 2H+ 使阳极电位几乎减少到零。因此在电流密度不变的情况下，槽电压可从3.2~3.5V降至1.3~1.5V，可节能50%。 该技术除了节约电能外，还可免去冷却电解液和清理电解槽操作，酸雾量显著减少，电锌质量进一步提高。该技术如能实现工业化，将给锌电积带来根本性的变革。 2. 矿浆电解锌技术 电解槽的阳极区，金属矿物被浸出，而同时在电解槽的阴极上析出金属，因此称之为金属的一步提取工艺。将传统的湿法冶金中的几个工序合而为一，使流程大大缩减，金属回收率提高，矿浆电解工艺的总能耗也较一般电解沉积明显降低。此外矿石中的硫在矿浆电解过程中生成元素硫，从根本上消除了SO2对环境的污染，因此矿浆电解又是一种无污染或轻污染的新工艺。 3. 从含锌矿石或精矿中回收锌的新方法－利用选择性离子膜的矿浆电解技术 本工艺的特点是锌的溶解与回收在一个称为Nafion型的装有选择性离子膜的电解槽中进行。可使用价格较低的石墨电极，降低了槽电压，从而降低了电耗。另一个优点是浸出过程中生成的铁都被氧化成三价铁，然后水解生成针铁矿，避免了铁对电解液的污染，提高了锌的电解电流效率，成本降低。此法锌的回收率可达97%。 * 湿法炼锌原则工艺流程图 0.1 0.1 Cl 0.5 0.1~ 0.04 F 3~6 0.01 0.001 0.002 0.00005 0.005 0.005 0.0005 120~130 净化后液 3.19 0.0015~0.001 0.01~ 0.005 0.007~ 0.002 0.0005~ 0.0001 0.00036~ 0.00018 0.68~0.08 0.38～0.14 120～130 硫酸锌原液 Mn Fe Co Ni Ge As Cd Cu Zn 元素 硫酸锌原液和净化后液的质量要求 净化的目的： 1) 将溶液中对电解有害的杂质除至允许含量； 2) 将这些杂质变为原料进行综合回收。 表3-3 几种典型的净化方法 3.3.3 硫酸锌溶液的电沉积 净化得到的净液，通过不溶阳极电解的方法从中提取锌。所用的阳极板为铅银合金板，阴极板为铝板。其总反应为： 可见，随着电解的进行，电解液中Zn2+含量不断减少，硫酸浓度不断增大。因此必须连续地抽出一部分电解液送到浸出工序，同时要不断地补充已净化的中性浸出液。阴极上析出的锌每隔一个周期(一般为24小时)取出，将锌片剥下来送溶铸车间铸成锭。阴极铝板清洗后返回电解槽继续电解。 1. 电沉积基本原理 1) 阳极过程： 正常电解时阳极反应为： 2H2O －4e = O2 + 4H+ E=1.229V 而 Pb － 2e = Pb2+ E=-0.126V 电位更负，更易溶解。溶解的Pb2+与SO42-反应，在阳极表面形成致密的保护膜，阻止铅板继续溶解。而且会升高阳极电位。当阳极电位接近0.65V时，会有下列反应发生： Pb + 2H2O －4e = PbO2 + 4H+ E=0.655V 这样为被覆盖的铅会直接生成PbO2，形成更致密的保护层。 当电位超过1.45V时，溶液中的Pb2+和PbSO4也会氧化成PbO2。 Pb2 + + 2H2O － 2e = PbO2 + 4H+ E=1.45V PbSO4 + 2H2O － 2e = PbO2 + H2SO4 + 2H+ E=1.68V 在正常电解时，阳极电位达到1.9~2.0V左右，所以阳极表面主要覆盖物应为PbO2，所以电解过程中阳极反应主要是分解水放出氧气。除此之外，如果电解液中有Mn2+、Cl-等离子时，会发生下列反应： Mn2+ + 2H2O － 2e = MnO2 + 4H+ E=1.25V Mn2+ + 4H2O － 5e = MnO4- + 8H+ E=1.50V MnO2 + 2H2O － 3e = MnO4- + 4H+ E=1.71V 2Cl- －2e = Cl2↑