Факторы, определяющие процесс электролиза

Циркуляция электролита:

Если заполненную электролитом ванну с установленными в ней катодами и анодами подключить к источнику постоянного тока, то в ней будет происходить электролиз на истощение. Концентрация цинка в электролите станет непрерывно уменьшаться, а содержание серной кислоты увеличиваться.

При концентрации цинка менее 40 г/дм3 качество осадка ухудшится, а расход электроэнергии резко возрастет. Поэтому электролиз цинка без циркуляции электролита в практике гидрометаллургии цинка не применяют. Циркуляция электролита в ванне необходима также для получения гладких осадков катодного цинка.

Способ пятнадцатикратной циркуляции электролита, внедряемый в отделении вновь строящейся третьей серии электролиза УК МК АО «Казцинк» состоит в том, что наряду с расчетным объемом нейтрального раствора – 0,202 м3/ч в ванны подают дополнительно – 2,828 м3/ч отработанного электролита, то есть соотношение нейтрального электролита к отработанному 1:14. Таким образом, при пятнадцатикратном увеличении циркуляции электролита для поддержания заданного температурного режима электролиза нужно снизить температуру поступающей смеси электролита всего на 6 0С (перепад температуры электролита с 38 0С до 32 0С).

Улучшению циркуляции способствует также увеличение расстояния между электродами. Однако при этом неизбежно увеличивается сопротивление электролита и возрастает общее напряжение на ванне.

Кислотность электролита:

В процессе электролиза электролит непрерывно обогащается серной кислотой. На каждый 1 г осажденного на катоде цинка в растворе образуется 1,5 г серной кислоты. Таким образом, рост кислотности электролита служит показателем скорости осаждения цинка. С повышением кислотности электролита уменьшается сопротивление электролита и понижается напряжение на ванне. Повышенная кислотность способствует получению более гладкой поверхности катодного осадка с меньшим количеством дендритов. Улучшается также и качество цинка по содержанию в нем меди, кадмия и свинца, так как при одном и том же содержании этих примесей в растворе количество осажденного цинка увеличивается. Работа цеха электролиза на повышенной кислотности более производительна, так как при этом с единицы объема нейтрального раствора извлекается больше цинка.

Вместе с тем с повышением кислотности действие вредных примесей, находящихся в электролите, усиливается. Возникает возможность ускоренной коррозии цинка, несколько снижается выход по току. Поэтому оптимальной кислотностью электролита задаются, исходя из концентрации цинка в нейтральном растворе, содержания в последнем вредных примесей, а также с учетом необходимой плотности тока. Кислотность электролита колеблется в пределах 120-170 г/дм3.

Температура электролита:

В результате прохождения электрического тока через электролизную ванну по закону Джоуля выделяется тепло и электролит может нагреваться до температуры, недопустимой для условий электроосаждения цинка. Поэтому заданный температурный режим поддерживают в ванне путем индивидуального охлаждения электролита с помощью змеевиков, централизованного охлаждения электролита вне ванн и комбинированной системы охлаждения электролита.

При низких температурах электролита сопротивление его возрастает, напряжение на ванне увеличивается, однако действие вредных примесей (кобальта, сурьмы и другие) ослабляется. Повышение температуры способствует ускоренному движению ионов, сопротивление электролита уменьшается, и напряжение на ванне снижается. Но при этом активизируется действие вредных примесей, возрастает скорость коррозии цинка в серной кислоте. Вследствие этого выход по току уменьшается. Одновременно возрастает переход свинца с анодов в раствор, что ведет к ухудшению качества катодного цинка.

Учитывая влияние температуры электролита на показатели электролиза, на практике, исходя из качества нейтрального электролита и условий электролиза, выбирают оптимальную температуру, при которой получаются наилучшие выход по току и расход электроэнергии. При наличии чистых растворов, стойких свинцово-серебряных анодов и правильной дозировки коллоидных добавок температуру электролита можно поддерживать до 42 0С. Однако работа на предельно высокой допустимой температуре чревата серьезными осложнениями при изменениях качества нейтрального электролита и в других случаях связанных с аварийными ситуациями в электроснабжении.