电解铜原理
在ZnSO4和H2SO4的水溶液中，选用Pb-Ag合金为阳极，纯铝为阴极，通以直流电进行电解，在阴极析出锌，在阳极产生氧气。同时，湿法炼锌工艺中锌焙砂浸出工序所消耗的硫酸在此电解液中再生。1、锌电解液组成及锌电解生产工艺 (一)锌电解液 锌电解液除主要成分硫酸锌、硫酸和水外，还含有少量杂质金属硫酸盐和一些阴离子(主要是氯离子和氟离子)。目前，锌电解液中锌浓度一般在40-60g/L范围内波动，而硫酸浓度则趋于逐渐升高，由110-140g/L提高到170-200g/L。不同工厂对杂质含量的要求也不同。 加拿大一家锌厂在改造时做过调查，为适应电流密度的大幅度提高，对电解液中杂质含量（mg/L）提出了更为严格的要求：Cd<0.3、CO<0.3、Sb<0.03、Ge<0.03、Fe<10、CL<50～100、F<10、Mn<1.8g/L （二）锌电解生产工艺流程 硫酸锌溶液的电解过程是将净化后的硫酸锌溶液（新液）与废电解液按一定比例混合后从电解槽进料端连续送入电解槽。槽内并联悬挂有铅银合金板（银含量在1%左右）阳极与轧制铝板阴极，通入直流电流，在阴极析出金属锌（称阴极锌或分离锌），在阳极放出氧气。
随着电解过程的继续进行，电解液中锌的含量逐渐减少，而硫酸的含量则逐渐增加。为保证电解条件的稳定，需要不断加入新液，保持电解液成分稳定。电解沉积一定时间后，取出阴极板，剥下压延铝板上分离的锌片，送去熔铸工序。2、锌电解过程的理论基础锌电解液的主要成分是硫酸锌、硫酸和水。当通入直流电时，带正电的离子向阴极移动，带负电的离子向阳极移动，分别在阴极和阳极上放电。 阴极主要反应：Zn2++2e=Zn 阳极主要反应：2OH--2e=0.5O2+H2O（或H2O-2e=0.5O2+2Ｈ+） 电极过程总反应：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0.5O2 3、锌电解车间主要生产设备及布置 （一）电解槽 锌电解沉积所用的电解槽为长方形槽型，各个锌电解厂所用的电解槽尺寸不一定相同，制作电解槽的材料也不同。 有木质电解池、钢筋混凝土电解池、塑料电解池、玻璃纤维电解池等。（二）阳极目前电解沉锌所用的阳极有铅银合金阳极、铅银钙合金阳极、铅银钙合金阳极等。某厂所用的阳极大部分是铅银合金阳极(含银1%左右)，少部分是低银铅钙合金阳极。铅银合金阳极制造工艺简单，但成本较高，主要是因为这种阳极含银量高(1%左右)。低银铅钙合金阳极具有强度高、耐腐蚀、寿命长、成本低(含银仅0.2%左右)等优点。这种阳极现在正在受到越来越多锌电解厂的重视，但它的制造工艺相对复杂。
阳极由阳极板和导电棒组成，导电棒采用紫铜制成，为保证阳极板与导电棒接触良好，浇铸阳极时将导电棒的铅涂层与板一起浇铸，只露出导电棒两端的铜导电头。这样也可防止硫酸铜进入电解槽，污染电解液。导电棒端部露出铜的部分称为导电头，与导电板搭接。阳极板的两边嵌有导流架上的绝缘条，可加强板的强度，防止板间短路。绝缘条的材料也是硬质PVC（聚氯乙烯）。板采用强度较低的铅银合金轧制板。阳极上开有一些小圆孔，以减轻板的重量，改善溶液循环。（三）阴极阴极由板、导电棒、导电头、阴极挂环组成。 阴极板采用6mm厚的轧制铝板制成，表面光滑平整，阴极尺寸一般比阳极宽10～40mm，这是为了减少阴极边缘枝晶的形成。导电杆采用硬铝制成，上部焊有两只阴极挂环，用于装负载。导电板焊在导电杆上。导电头是一小块8mm厚的铜板，用特殊工艺用硬铝铸造后焊在导电杆端部，导电头裸露的铜部分与导电板重叠。阴极板与阳极板相同，两侧嵌有导电架上的绝缘条，以防止锌边对锌的剥除造成不便，也可防止阴极短路。 （四）电解液冷却设备 在锌电解过程中，由于电解液电阻的存在，将产生电热效应，使电解液温度不断升高，导致阴极上氢气过电压下降，锌从阴极溶解速度增加，杂质溶解度增大，反过来又加剧了杂质的破坏，降低了电流效率。
另外槽温过高还会使硬质PVC电解槽变形甚至损坏。为了维持电解槽的热平衡，保证电解液温度稳定，需要设置电解液冷却设备，一般包括蛇形冷却管、空冷塔和真空蒸发制冷机等。某厂采用空冷塔进行电解液冷却，因为该地区年平均气温较低，空气湿度较低，该类冷却设备投资少，操作维护简单，能耗低。空冷塔是对电解液进行集中冷却的设备。电解液经冷却塔自上而下流动，冷空气被强制进入塔下部，冷空气与电解液成逆流运动，蒸发水分，带走热量。冷却后的电解液与新液混合后加入电解槽，增加电解槽内循环量，达到电解过程所需的温度条件。IV. 锌电解的正常运行（一）装卸槽与槽体操作1、停（停）和开（开）这里所指的停、开操作均是指计划停工、检修前后的操作。因此，在停工前，应做好开工必要的准备工作，保证开工顺利进行。 （1）停（停） 停工包括准备、移槽后减电流、阴、阳极板处理、电解槽清洗等。 ①停工前的准备工作，首先应减少系统溶液的体积，以保证一系列电解槽能放空。准备足够的新阳极，以更换不能继续使用的阳极板。准备足够的导架和绝缘条，以更换槽开挖过程中损坏的导架。 ②停工前，移走槽内部分阴极板，并相应减小电流。
一般先取出一只吊挂式阴极(18～24片)，槽内留18～24片阴极。剥去锌片，将还原后的阴极板整齐排列备用。极板还原集流操作完成后即可停止循环、断开电源，然后迅速取出全部阴极板。③正负极板的处理将全部阴极板取出后，剥去全部阴极锌片，将阴极板整齐排列备用。将全部阳极板逐片吊出，清除板面粘附的阳极泥。将导电头压平、清洗干净，更换坏板。电解槽清洗操作完成后，放回电解槽内。 ④电解槽的清洗拔出电解槽底塞，放出槽内阳极泥，将电解槽内壁及导流架上粘附的阳极泥及结晶体彻底清洗干净，用水冲洗干净备用。最后将槽间导电电极擦干净，将清洗干净的阳极装入清洗干净的电解槽内。 （2）开机（启动） 开机包括准备、加液检漏、安装阴极板、通电电镀等工作。 ①准备工作：先将各阴极板整平、清洗、研磨，冲洗导电头，然后准备槽面。每槽准备18～24个阴极，整齐摆放在槽面。 ②经过一系列检查及拆槽后，检查另一系列电解废液及本系列储存的新液的质量，合格后均匀加入电解槽内，进行检漏。对有泄漏的溜槽、管道、电解槽及分配槽进行处理。 ③阴极板安装完毕并完成补液、检漏后，将置于槽面的阴极板迅速安装到电解槽内。④阴极板安装完毕后，即可通电，电流逐渐增大，使阴极电流密度达到400～500A/m2。2～4小时后，在阴极板上镀上一层锌后，即可进行阳极镀层，将电流密度降至40～60A/m2。
阳极涂镀是在低温、小电流密度的电解条件下，使阳极产生的氧与铅阳极表面发生反应形成膜，从而保护阳极不受硫酸溶液的腐蚀。涂镀技术条件：电解液酸（H2SO4）25-30g/L，温度20-30℃，时间24h。涂镀期间，电解液可不断循环，然后不断加大电流，达到正常生产规程的电流密度，加大循环量，分离出的锌达到一定厚度后，从槽中取出进行剥锌。2、槽上的操作保证电解液循环流量大，各槽流量均匀，是达到良好技术经济目标的条件之一。大的循环流量对消除锌离子耗竭具有重要意义，给槽温控制带来方便。在电解锌生产中，必须保持电解液中一定的锌和酸含量。 实际过程中，采用化学分析法测定电解废液中的锌、酸含量，计算酸锌比作为控制依据。酸锌比一般控制在3.0～4.0之间。酸含量高、锌含量低时，应增加新液量，反之则减少新液量。目前，某厂正尝试采用电解液锌、酸含量全自动电脑检测仪代替人工检测，以达到酸锌比的稳定控制。电解槽温度是首要技术控制条件之一，一般采用酒精温度计直接在槽内测量，槽温一般控制在36～42℃之间。单槽温度高时，应检查槽流量是否过小，或极板是否短路，有无烧板现象。 如果一般温度较高，应检查冷却塔是否正常，混合液的比例是否合适，检查电解液的质量。
3、装槽操作及板片处理锌电解装槽操作是指在操作周期内（一般装槽周期为24h）取出阴极、剥锌、分离锌，然后将阴极铝板装入槽内的工艺过程。由于是不停机操作，所以阴极是分批取出的。某厂电解车间每槽装槽两次，每次取一半阴极板，即车间吊车起吊一次，一次取一块。槽第一次起吊后，要认真检查导电性，确保导电性良好后再进行第二次起吊，防止断电。装槽要快而准，不得缺齿，板片不得倾斜，不得接触阳极。导电头要洗（或擦）干净，使其导电。板片搬运要小心，使之端正，不得沾锌。板片上的污物要用板刷清除干净。 导电头、导电板应保持光亮，发黑的要及时清洗或更换。阳极板也应定期清洗，以减少阴、阳极间短路，防止局部电流密度增大，阳极溶解，污染电解液。某厂阳极处理周期一般为30～40天。操作方法有两种，一是停产挖槽时将阳极全部拉出进行分拣，二是在生产过程中逐槽分拣。分拣时尽量不要损伤阳极表面氧化膜。 （二）剥锌 剥锌的首要任务是将分离出的锌从阴极铝板上剥下，送去熔铸工序铸成锌锭。出槽时要仔细观察分离出的锌表面情况，对边板或接触点要做好标记，出槽后要及时处理。边板绝缘条要及时更换。 当锌剥离困难时，可在离槽前1～5分钟分槽加入，量要适宜，以维持槽内电解液锑含量为0.12mg/L为宜。
剥锌后要将铝板整平、刷平，以满足重新安装电解槽的要求。目前国内剥锌均采用手工作业，劳动强度大。 （三）电解液的循环与冷却 现代锌电解生产车间大都采用大循环系统供液，即从电解槽中溢出的废电解液先汇集于废液溜槽中，然后流入循环槽和废液槽。一部分废液(循环槽中的废电解液)与新液混合，体积比为5～25：1，混合后送入冷却系统冷却，再经供液溜槽分布到电解槽中。少部分废液(废液槽中的废电解液)作为溶剂返回浸出车间。 电解锌沉积过程中，在直流电的作用下会产生电热效应，使电解液温度逐渐升高，甚至超过电解工艺所规定的允许温度（35-45℃）。为保证电解工艺所需的正常温度条件，必须对电解液进行冷却。电解液经冷却系统冷却，温度下降，并由于水分的蒸发，使溶液浓缩，使溶液中的硫酸钙、硫酸镁分离为白色透明针状结晶，牢固地聚集在管道、溜槽、冷却系统等设备的内壁上，形成微细结构结晶，影响电解液的正常循环和冷却效果。由于硫酸钙在酸性溶液中的溶解度最低，为29℃，因此，冷却后电解液的温度一般控制在33-35℃。 （四）电解车间酸雾的产生及通风 电解过程中，会释放出大量的氧气和少量的它们逸出时会带出电解液，形成酸雾，影响人的呼吸道和皮肤，腐蚀人的牙齿，对人体健康造成损害，对厂房和设备也有腐蚀作用，尤其在大电流密度生产时。
因此要求电解车间空气中酸雾粒子最大浓度不得超过0.02mg/L，硫酸锌（ZnSO4）最大浓度不得超过0.04mg/L。为减少其危害，一般工厂采取措施，加强厂房通风，降低槽上操作人员所在位置的酸雾含量。另外，在槽卸料时向槽内加入皂根粉，形成泡沫层，抑制酸雾的逸出，也是很有用的，但易引起“爆炸”现象，给工人带来不便。厂房、设备还应做好防腐措施，延长其使用寿命。 （五）锌电解过程故障及处理 1、锌烧板产生的原因及处理 电解过程中，由于生产故障或生产技术条件控制不当，使从阴极分离出来的金属锌重新溶解的现象称为烧板。 锌电解过程中，由于操作不慎，形成铜导电接头的污染物落入槽内，或加入量过多，造成单槽电解液含铜、锑增高，造成烧板。另外，由于循环液流入量过少，槽温升高，造成槽内电解液含锌过少，硫酸过多，会造成阴极再溶解。解决办法是增加循环量，更换杂质含量高的溶液，可降低槽温，提高槽内锌含量，减少液体回流。特别严重时，需立即更换槽内全部极板。2、常见烧板常见烧板多是由于直接销售的新药液中杂质含量超标造成的，应立即加强净化液的分析和操作，提高净化液质量。 严重时还需检查原料，加强浸出操作，加强净化水的除杂，适当增加浸出液的加铁量。
同时应适当调整电解条件，如增加循环量、降低槽内温液酸度(即提高锌含量)等，也可起到一定的缓解作用。3、电解槽突然停电。突然停电一般为意外断电，如短时间内能恢复，设备(泵)尚能运转，则应增加槽内新液量，以降低酸度，减少阴极锌的溶解。如短时间内不能恢复，则应安排部队迅速撤除电解槽内所有阴极，使之处于停运状态。特别要注意的是，停电后，电解车间严禁明火，防止电解槽表面发生爆炸和火灾。还有一种情况是低压断电(即运转设备断电)。 首先应降低电解槽电流，用备用电源进行电解液循环；若长时间不能恢复生产，则需将部分阴极板从槽中取出，防止因其它位置断电、缺乏新液而停产。4、停止电解液循环停止电解液循环即停止向电解槽供液，必然造成电解温度和酸度升高，杂质破坏增加，现场条件恶化，电流效率下降，影响锌分离质量。停止循环可能的原因：一是供液系统设备故障或泵、供排溜槽需临时检修；二是低压停电；三是新液不足或废电解液排不出去。这些多是计划之内的原因。 提前应加大循环量，提高电解液的锌含量，减少电解槽电源电流，适当降低电流密度，以适应停止循环的需要，但持续时间不宜过长。5、电解槽严重泄漏在正常生产中，当单个电解槽发生严重泄漏时，应将泄漏电解槽位置的一组电解槽进行跨接(短路)，以便妥善处理泄漏的电解槽。
首先用钢丝刷将窄型导电板与宽型导电板接触面清理干净，预先将短路导电板摆放好，用提升机将其吊到槽组两端。短路导电板与槽间导电板之间必须垫绝缘瓦。告诉整流器切断电源。确认断电后，将漏电电解槽的阴极板全部取出，用宽槽间导电板将两段短路导电板和短路导电板夹紧，使槽组短路。完成以上工作后，告诉整流器加大电流。拔出漏电引线塞，处理漏电点，处理后塞上引线塞，加注电解液，告诉整流器切断电源，确认断电后，取下横电板，将阴极板填入槽内，确认导通后，告诉整流器逐步加大电流至额定值。 五、锌电解生产主要技术条件及目标分析 （一）电解锌质量 电解锌质量主要指分离出的锌的化学组成。在生产实践中，为降低锌杂质含量，提高电解锌品位，除加强溶液净化操作外，还应采取以下措施： 1、降低电解锌铜含量，应从两个方面入手，一是严格要求新液铜含量小于0.5mg/L；二是加强电解槽操作，防止含铜物质进入电解槽污染电解液。 2、降低电解锌铅含量，一是保持电解液锰离子含量在3～5g/L；二是控制槽温在35～40℃；三是适当添加碳酸。此外，应严格执行开槽标准和阴、阳极的平整度标准。 3、降低电解锌含铁量，应严格控制冶炼、铸造工序的操作，尽量避免使用铁制工具；严格控制冶炼、铸造温度不超过500℃；严格操作管理，防止铁制工具、零件落入炉内。
（二）电流密度与电流效率1、电流密度在锌电解过程中，正确选择电流密度（面电流）对电解锌产品质量和能耗具有重要意义。世界各地锌厂所采用的电流密度差别很大，在200～1100A/m2之间波动。在同样的条件（酸度、温度、极间距离）下，电流密度每增加100A/m2，由于溶液电阻的增加，电压损失增加0.17V（5.3％）。因此，20世纪70年代以后建成的电解锌厂所采用的电流密度波动范围已大大缩小，一般为300～700A/m2。另一方面，由于供电公司对电网不同的峰谷负荷时段采用不同的电价，有些工厂为了节省成本，在谷负荷期间采用高电流密度生产，在峰负荷期间采用低电流密度生产。 2、电流效率电流效率指实际产锌量与理论产锌量之比，用下式表示：η=m/ｑ×Ｉ×τ×N×100% 式中η————电流效率，%； m————实际产锌量，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。电流效率是电解锌生产的一项重要技术经济指标，一般为85%～94%。影响电流效率的因素很多。 (1)电解液中锌酸含量 随着电解液中锌含量的降低，酸含量相应增加，造成锌的电流效率下降。
（2）阴极电流密度的影响随着电流密度的增加，氢的过电压也随之增加，一般来说，这对提高电流效率是有利的。但必须有相应的电解液组成和较低的温度条件，否则电流效率不但不能提高，反而会降低。 （3）电解液温度的影响在一定的酸度下，随着温度的升高，电流效率下降。这是因为氢的过电压随温度升高而降低，杂质引起的极板烧损和锌的再溶解也随温度升高而增加。因此，锌电解必须有冷却的方法，以保证电解过程中电解液温度的技术要求。 （4）电解液纯度的影响如上所述，电解液中含有比锌更正的金属杂质，如铁、镍、钴、铜、砷、锑、锗等，多因阴极和阳极之间发生氧化还原反应，引起极板烧损、锌再溶解或降低电流效率。因此，应严格控制净化溶液的质量，提高净化深度。 （5）阴极的表面条件如果阴极锌的表面粗糙或树突状，则阴极面积会增加，氢的过电压会降低，并且电流效率会降低，有时会降低接触短路。分离时间与分离条件相关较低的电解温度；
（iii）电池电压和功率消耗1.电池电压是指相邻的载体和电解电池中的阳极之间的电压下降，可以用DC电压表直接测量生产中的DC电压。锌硫酸盐的位置，电解质电阻上的电压下降，阳极的电压下降，阴极的电压下降以及阳极泥的电压下降，电阻的分解电压是硫酸盐的分解电压。电极的表面。 因此，在某些设备条件下，对电池电压的大小具有决定性影响的因素是电极间的距离，电流的密度，酸度和温度，导体关节的状况和其他因素缩短了电极间的距离。某个工厂的电解电池中的距离为75毫米。必须将其融化并铸入橡胶，然后才能将其作为成品运输。 用于锌熔化的设备主要包括回响炉和感应炉，因为它们不需要燃料，在熔炉中具有较少的锌氧化，并且具有较高的直接锌回收率。
（i）铸造阴极锌的生产过程是在熔融设备中加热阴极锌片以熔化锌液体，添加少量的氯化铵（NH4CL），将其刮掉，将矿渣刮掉，并将锌液体用于电源量的速度。熔融的熔化熔炉开始，液体炉的起步很简单，但可靠的炉子的炉子均可使用。与锌环接触以形成闭路，以扩大锌环的热量耗散区域，并最大程度地减少变压器和炉之间的温度差； ⑤在烘烤炉子之前，炉门应密封，以防止烘烤和炉子开口：新建的电炉自然要干燥35天。平衡炉子的温度。当锌环的温度达到300℃时，将熔炉中的电加热器干燥到熔炉中，将锌环倒入熔炉时，将锌倒入熔炉，以供应量升高。添加以填充炉子熔池，然后完成炉口。
炉子的注释：根据外国电炉的生产经验，我所在国家的电炉生产的做法是5-15/h的供暖速率，供应量不多。在锌环融化之前，当发现熔融的凹槽接近419.58℃时，应特别注意锌环，如果发现电流表上的指针经常波动，则应将其倒入相应的范围继续上升，当收到临时关闭通知时，可以切换低容量的生产，应尽可能升高炉中的温度。 可以维持1小时的新炉子，并在恢复电压时保持40分钟的速度，从较低的电压逐渐增加，以防止次级线圈电路被切断，或者应将熔化时间用于熔融量。要大修，必须完全释放锌液体在电炉熔融池中的熔融过程中形成浮渣。 为了将锌液体与浮渣分开，降低浮渣速率并提高锌直接恢复速率，在混合过程中添加了适当量的氯化铵。
根据阴极锌板的质量和炉子中炉渣的厚度，应每2小时左右进行一次混合和炉渣去除。 ID。锌熔化炉的ACE温度，锌熔化的能力越大，从炉中排出的烟气具有较高的热量含量和较低的热效率。 炉子的升高将加剧锌液体的氧化，增加炉渣和烟雾的量，并降低锌的直接恢复速率，以防止锌液体的氧化，炉子应处于较小的气氛中，并保持较小的正压，并控制炉子围绕锌的直接循环速率。 ING 2.液体控制锌熔化的锌是由熔融锌的物理热量融化的，因此必须将一定数量的锌液体保持在熔融池中。必须卸下熔炉停滞的炉墙。 通常，熔炉清洁周期为10到20天，炉清洁时间为3至8小时3.熔融锌的直接恢复速率熔融锌的直接恢复速率受气管锌，进食方法，加热方法和工作条件等因素的影响。
对于锌熔化炉，由于阴极锌的结构松动和高水含量，因此进入炉子的阴极锌不会完全浸入锌液体中，并直接接触火焰，如果将氯化锌的含量不正确，而含量不正确，则含量不正常，而含量不正确，而含量却很差。这些因素将降低锌的直接恢复速率。熔炉生成氧化锌。 产生的氧化锌将一些锌液滴包裹在薄膜中，形成氧化锌和金属锌的小颗粒，这些锌是矿石的，含有80％至85％的锌）。炉子中的锌的输出速率较低，因此与发电机炉相比，锌的直接恢复速率同时恢复速度，而电炉的能量消耗较低（通常，每吨锌的功耗为100-），更易于控制弹药仅在一些小型工厂中使用。 为了降低炉渣的输出速率并减少矿渣中的锌含量，冶炼锌的效果是在炉灶中与盐中的锌反应：ZnO + = Zncl2 + = Zncl2 + 2NH3↑ + H2O Ag颗粒揭示了新鲜的表面并骨料形成锌液体。
4.质量控制的锌铸入式产品需要光滑的表面，例如闪光，冷隔离，矿渣夹杂物和毛孔的控制，主要取决于设备和生产因素的调整。从底部到顶部的过程，铸币的定向结晶趋势很差，导致大量收缩腔和铸币的隔离。因此，应合理地选择铸锭模具的结构。 The ingot mold have high , small , low , and high . In order to the metal from and with the mold wall, the of the metal and the of pores, and the of the ingot, the of the ingot mold be and use. (2) and Too high or too low will the . Too high is not easy to cool, and the ingot will have flash, burrs and holes ; too low is easy to cause cold and slag . The , the of , will also the . If the air is large, the ingot will have on both sides; if the air is small, it will be to cool. If the water is large and be , the ingot will have holes; if the water is small, it will also be to cool. （3）铸锭机的操作不稳定的操作也将导致表面波纹和毛刺。