添加剂在锌电沉积中的行为研究进展

文章编号：1001-3849（2012）03-0023-05

添加剂在锌电沉积中的行为研究进展

刘建华，郭忠诚，陈步明，石凤浜

（昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093）

摘要：锌电解沉积过程中使用添加剂是必不可少的。但是如何合理使用添加剂，发挥添加剂的最大功效，一直是研究人员关注的焦点。主要从添加剂的作用机理、加入量及加入方式等方面综述了近些年添加剂对锌电沉积影响的研究。为寻找与电解液相配的最佳组合添加剂，完善锌电沉积过程而提供参考。关

键

词：添加剂；锌电沉积；阴极锌；质量

中图分类号：TQ153．15

文献标识码：A

收稿日期：2011-09-09

Research Progress of the Additives Behavior

in Zinc Electrowinning

LIU Jian-hua ，GUO Zhong-cheng ，CHEN Bu-ming ，SHI Feng-bang

（School of Metallurgical and Energy Engineering ，Kunming University of Science and Technology ，Kun-ming 650093，China ）

Abstract ：Additives are requisite in the process of zinc electrowinning．However ，the focus of researchers is concentrated on how the additives are reasonably applied with their greatest effect．In this paper ，effects of the additives on zinc electrowinning are reviewed from the mechanism ，dosage and addition method in recent years．Finally ，

the optimal combination of additives matched with the electrolyte and the improving suggestions for the zinc electrowinning process could be founded．Keywords ：additive ；zinc electrowinning ；cathode zinc ；quality

引言

全球每年将近700万吨锌是通过传统的湿法炼

锌工艺即焙烧→浸出→净化→电沉积→熔铸生产的

［1］

。随着现代工业的发展，对金属质量要求严

格，为了达到良好的经济技术指标，减少劳动强度，改善工作环境，获得结构致密，表面光滑，杂质含量少的优质锌，加入合适的添加剂是有效措施

［2］

。在

锌电沉积过程中，添加剂的选择及加入量的控制是影响阴极锌质量的重要因素。添加剂在电解液中

可以控制镀锌层表面形貌和细化晶粒大小

［3］

。近年来添加剂在锌电沉积过程中的作用备受关注

［4］

。

添加剂的作用原理，根据电离理论［5］

在不可逆的电沉积过程中，离子放电电位方程：

φZn 2+/Zn =φθZn 2+/Zn －ηH 2（1）φH +/H 2=φθH +/H 2－ηZn

（2）

从（1）、（2）离子放电电位方程式看出，在锌的电解沉积过程中通过极化作用增大氢离子的放电电位才能使锌离子在阴极上优先于氢离子放电析出。添加剂可以起到增大氢的超电压，抑制氢的放

电，促进电沉积的顺利进行。

锌电沉积时选取添加剂一般遵循的原则［6］，要有良好的稳定性，不向阴极板的电沉积锌中引入杂质；良好的水溶性，便于溶入电解液；良好的吸附性，有较大的吸附电位空间，增大电极电位，促进锌的沉积；结构简单，便于获得。

1添加剂的分类

添加剂的分类方法很多，根据对阴极极化电位的影响将添加剂分为两大类［7］，第一大类是单一添加剂，包括a．增加阴极极化作用较大的添加剂；b．增加阴极极化作用较小的添加剂；c．对阴极极化基本无影响的添加剂；第二大类为复合添加剂，按添加剂作用不同［8］分为a．动物胶、甲酚或萘酚等；b．为碳酸锶、碳酸钡及水玻璃等；c．主要以酒石酸锑钾为主；d．是降低酸雾的皂角粉、丝竹石及大豆饼等。

本文为了分析方便按其作用不同主要分为五类。第一类改善阴极锌物理质量的添加剂，如动物胶，磺酸盐及β-萘酚等，其主要作用可以使析出锌层平整、光滑和致密；第二类提高化学质量的添加剂，如碳酸锶、碳酸钡等；第三类使析出锌易于剥离的添加剂主要以吐酒石（或酒石酸锑钾）为主；第四类降低酸雾的添加剂如皂角粉、丝竹石及大豆饼等；第五类其它添加剂。

2添加剂的行为

2．1第一类添加剂

第一类添加剂主要以动物胶和析出锌表面活性物质（磺酸盐，β-萘酚）为代表，此类添加剂有助于改善阴极锌物理质量。

动物胶是以动物的皮、骨或筋等为原料，将其中所含的胶原经过部分水解、萃取和干燥制成的蛋白质固形物。按产品的精制程度分为骨胶和明胶。骨胶是一种蛋白质［9］，经常被用作锌电沉积的添加剂。它的分子式一般用H2NCHRCOOH表示。工业生产中加入胶类物质主要是为了改变沉积物的表面形貌、减少枝晶生长，使沉积物结晶致密、表面光滑［10］。锌电沉积的阴极反应为：

Zn2++2e－=Zn↓（3）

其电极电位φθZn2+/Zn=－0．76V。由于胶质吸附于阴极表面，Zn2+要沉积，必须通过这层胶质才行。

依据爱德-格鲁兹定律

N

Zn

=aexp（－b/η2）（4）式中：N Zn为晶核生成速度，晶格个数/（s·cm－3）；a为常数，晶核个数/（s·cm－3）；b为常数，V2；η为极化超电压，V。

可知，阴极表面的胶质使极化超电压增大，晶核生成速度增大，超过晶体的成长速度，这样形成的结晶将会变得细密。但是添加剂的量仍靠目测或经验判断，使得波动大，不好控制［11］。因此，在锌电沉积时加入适量骨胶，可使阴极锌结构平整致密。

李仕雄等［12］研究了阴极过电位与骨胶的关系，指出随着骨胶质量浓度的增加，阴极过电位增加，表明骨胶能使锌电沉积反应电化学极化增加，从而得到致密电沉积锌。并且，当电解液中骨胶质量浓度为0．01 1．00g/L时，提出了用阴极过电位控制添加剂质量浓度的方法。颜炜［13］在研究湿法炼锌中电解过程添加剂的选择时，指出保持牛胶质量浓度在10 15mg/L电解液组成是比较理想的。马立明［14］结合实验与生产实践经验阐述骨胶对锌电沉积的影响，增加阴极的活化超电压；增加氢的超电压和抑制氢的析出；减少阴极锌的反溶，并指出可将骨胶加入量与析出锌质量比为0．2ɢ 0．5ɢ。王新志等［5］在锌电沉积过程中添加剂对阴极的影响，系统详细地分析了骨胶的加入量、加入时间和加入方式。并进一步将骨胶加入量缩小范围到与析出锌质量比为0．2ɢ 0．3ɢ；还分析了骨胶加入量的利弊和要控制好骨胶加入的时间，一般将加胶的时间选在装槽2h以后；分析了骨胶加入的方式，一种是直接往电解槽入液端加入，另一种是在进电解槽之前设集中槽，将胶先溶化后均匀加入电解槽内。黄娟等［15］研究了骨胶加入量对锌电沉积的影响，结果表明在一定条件下骨胶加入量为与析出锌质量比为0．1ɢ 0．3ɢ时，可以使阴极锌表面光滑