锌电解沉积

锌电解沉积工艺现状及发展方向

中南大学——株洲冶炼集团工程硕士班王海波

一、锌电积过程的理论基础

锌电解液的主要成分是硫酸锌、硫酸和水，当通以直流电时带正电荷的离子移向阴极，带负电荷的离子移向阳极，并分别在阴、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

二、锌电解液成分及锌电积生产过程

（一）锌电解液

锌电解液除主要成分硫酸锌、硫酸和水外，还存在少量杂质金属的硫酸盐及部分阴离子（主要为氯离子和氟离子）。目前锌电解液中锌的浓度一般波动在40～60g／L范围内，而硫酸浓度则趋于逐步提高，已从110～140g／L提高到170～200g／L。对于杂质的含量各厂也有不同要求。加拿大一家锌厂在进行改造时曾做过调查，为了适应电流密度大幅度提高，对电解液中杂质含量（mg／L）要求更严格：

Cd＜0.3，CO＜0.3，Sb＜0.03，Ge＜0.03，Fe＜10，CL＜50～100，F＜10，Mn＜1.8g／L （二）锌电积生产过程

硫酸锌溶液的电积过程是将已经净化好的硫酸锌溶液（新液）以一定比例同废电解液混合后连续不断地从电解槽的进液端送入电解槽内。

铅银合金板（含银量约1%）阳极和压延铝板阴极，并联交错悬挂于槽内，通以直流电，在阴极析出金属锌（称阴极锌或析出锌），在阳极则放出氧气。随着电积过程的不断进行电解液含锌量逐渐减少，而硫酸含量则逐渐增多，为保证电积条件的稳定，必须不断地补充新液以维持电解液成分稳定不变。电积一定时间后，提出阴极板，剥下压延铝板上的析出锌片送往熔铸工序。

三、锌电解生产的操作过程

（一）装出槽及槽上操作

1、停工（停车）及开工（开车）

这里所指的停工和开工作业是指计划停产检修前和检修后的工作。因此，在停工前就要为开工做好必要的准备工作，以确保开工的顺利进行。

（1）停工（停车）停工包括准备、出槽压减电流、阴阳极板处理和电解槽的清理。

①停工前准备工作首先要压缩系统溶液体积，保证一个系列的电解槽能够倒空。准备好充足的新阳极以便更换不能继续使用的阳极板。准备好充足的导向架、绝缘条，以便在掏槽过程中对已损坏的导向架进行更换。

②出槽在停工前先取出槽内部分阴极板，并相应压减电流。一般先取出一吊阴极（18～24片），槽内留有18～24片阴极，并将锌片剥下，减少的阴极板排放整齐备用。减板收电流工作完成后方可停止循环并断开电源，然后尽快取出所有阴极板。

③阴阳极板处理在阴极板全部取出后，将阴极锌片全部剥下，阴极板排放整齐备用。将所有的阳极板逐片吊出，清除板面上粘附的阳极泥，平整、擦干净导电头，更换不良极板，待电解槽清理工作完成后再装回电解槽。

④电解槽的清理拔出电解槽的底塞，将槽内阳极泥放出，并彻底将电解槽内壁及导向架上粘附的阳极泥及结晶物清理干净，用水冲洗备用。最后将槽间导电极擦洗干净，并将清理干净的阳极装入清理干净的电解槽中。

（2）开工（开车）开工包括准备、灌液检漏、装阴极板和通电镀膜。

①准备工作首先对全部阴极板进行平整，清洗研磨，并把导电头刷洗干净，然后进行槽面备板工作，每槽备足18～24片阴极并整齐放置在槽面上。

②灌液检漏一个系列检修和掏槽结束后，对另一系列的电解废液及该系列储存的新液进行质量检查，证明合格后再均匀补入电解槽内，并进行检漏，对漏液的溜槽、管线、电解槽及分配槽进行处理。

③装阴极板待补液及检漏工作结束后，将放置在槽面的阴极板迅速装入电解槽内。

④通电镀膜阴极板装好后便可送电，电流逐渐增大，使阴极电流密度达400～500Ａ／m2，经2～4ｈ，待阴极板上镀有一层锌后，便可进行阳极镀膜，降低电流密度到40～60Ａ／m2。阳极镀膜是在低温、低电流密度的电解条件下，使阳极产出的氧气与铅阳极表面反应，生成一层二氧化铅膜，从而保护阳极不被硫酸溶液腐蚀。镀膜的技术条件：电解液含酸

（H2SO4）25～30g／L，温度20～30℃，时间24ｈ。镀膜期间可间断循环电解液，以后陆续升高电流，使之达到正常生产规定的电流密度，并加大循环量，待析出锌达到一定厚度后便出槽剥锌。

2、槽上操作

保证较大的电解液循环流量，且各槽流量均一，是获得好的技术经济指标的条件之一。大循环流量对于消除锌离子贫化具有重要意义，而且对槽温控制带来便利。

电积锌生产中要维持电解液中一定的锌、酸含量，在实际过程中，通过化验分析电解废液中的锌、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。含酸偏高而含锌偏低时应加大新液添加量，反之应减小新液量。目前，某厂正在试用电解液锌、酸含量计算机自动检测仪来取代人工化验，以便实现酸锌比的平稳控制。

电解槽温是主要的技术控制条件之一。一般用酒精温度计在槽内直接测定。槽温一般控制在36～42℃之间。当个别槽温高时，应检查该槽流量是否偏小，或者极板是否接触短路及有否烧板现象。若普遍温度高，应检查冷却塔是否正常，混合液比例是否适当，并检查电解液的质量等。

3、出装槽操作及极板的处理

锌电积出装槽操作是指在作业期间内（一般出装槽周期为24ｈ），将阴极提出剥离析出锌，再把阴极铝板装入槽的过程。因为是不停电作业，故阴极提出是分批进行的。某厂电解车间装槽是每槽分两次。每次出一半阴极板，即车间行车吊一次，并且是间隔一块提出。当第一吊装槽后，仔细检查导电，确保导电良好后方可提出第二吊，以防断电。

出装槽要做到迅速准确，不错牙，极板不倾斜，不接触阳极，导电头要烫洗（或擦洗）干净，使导电良好。极板要认真处理，使其正直不带锌。对板上带有的污垢物要用刷板机清刷干净。导电头及导电板保持光亮，对发黑的必须及时清理或更换。对阳极板也要定期清刷表面上的阳极泥，以减少阴、阳极接触短路并防止局部电流密度增大，阳极溶解，导致污染电解液。某厂处理阳极周期一般为30～40天，操作方式有两种，一是停产掏槽时全部拔出阳极进行清理，二是在生产过程中逐槽逐片进行清理。清理时力求不破坏阳极表面的氧化膜。

（二）剥锌

剥锌的主要任务是将析出锌从阴极铝板上剥离下来，送往熔铸工序铸成锌锭。出槽时须认真观察析出锌表面状况，对包边板或接触点作好标记，出槽后及时处理。对包边板的绝缘条要及时更换。剥锌困难时，在出槽前1～5mIn可分槽加入酒石酸锑钾，其量以维持槽内电解液含锑达到0.12mg／L为宜。剥锌后应将铝板平整清刷，达到重装电解槽的要求。目前国内均为人工剥锌，劳动强度较大。

（三）电解液的循环和冷却

现代锌电积生产车间供液多采用大循环制，即从电解槽溢流出的废电解液先汇集于废液溜槽，再流入循环槽及废液槽，一部分废液（循环槽内的废电解液）与新液混合，其体积比为5～251，混合后送至冷却系统冷却，然后通过供液溜槽分配给电解槽，一小部分废液（废液槽内的废电解液）返回浸出车间作溶剂。