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硫酸锌水溶液的电积过程一、实验目的通过锌电积的实验过程，了解电积有关的仪器设备及操作，掌握槽电压、电流密度、电流效率以及电能消耗的测试与计算方法。
二、基本原理锌电积一般采用Pb-Ag( 1%)合金作阳极，纯铝板作阴极，以酸性硫酸锌溶液作电解液。
当通以直流电时，阴、阳极发生以下电化学反应:阴极 Zn 2++2e=Zn E o =-0.763V阳极 H 2O-2e=1/2O 2+2H + E o =-1.229V总反应 2221Zn H O Zn 2H O 2+++=++直流电三、实验方法、试剂和仪器设备实验方法如图示：试剂：硫酸锌，硫酸，铝板，铅板，抽水泵仪器设备：直流稳压稳流电源，万用电表，电解槽四、实验操作步骤1、先将铝阴极置于天平称重并记下重量，然后将铝阴极放入电解槽内，取出测量其浸入溶液的实际尺寸并计算面积，再根据已确定的铝阴极电流密度计算出所需电流强度。
2、接线：将直流稳压稳流电源、电解槽、阴阳极等仪器联结好，即可通电，并记下通电起始时间、电流强度及槽电压。
3、通电开始实验正常进行，可按规定项目进行记录。
4、电解进行30~45分钟实验结束，关闭所有电源。
同时取出铝阴极置于沸水中置2分钟，以除去硫酸盐结晶，然后放入烘箱烘干再取出称重，记下电解后阴极的重量。
五、安全措施及应注意的事项1、线路联结必须严格按操作步骤进行，经检查后方可通电，否则易损坏仪器设备并造成实验中断。
2、实验过程中，不得任意摆弄仪器开关、旋钮以及各接触点，以免因接触不良断电影响实验。
3、如遇仪器设备发生故障或因接触不良而引起断电，应立即报告认真检查原因及时处理。
六、数据的整理与分析1、记录内容:实验日期、题目名称A 、技术条件：a 、温度：室温b 、阴极面积： m 2c 、阴极电流密度：D K = 350~500A/m 2d 、电流强度： Ae 、同名极距：4~6cmf 、电解液成分(g/L)：硫酸锌 0.75~0.8mol/L ，硫酸 1.0mol/LB 、电解前后铝阴极重量的变化。
硫酸锌溶液的电解沉积-原理（1）概述硫酸锌溶液的电解沉积是湿法炼锌流程中四个重要工序中的最后一个。
其目的主要是从硫酸锌溶液中提取纯度高的金属锌。
电积的技术经济指标不仅反映出整个炼锌工艺的好坏，而且因直接消耗大量电能，在很大程度上影响着电锌厂的生产成本。
硫酸锌溶液的电解沉积是湿法炼钟的最后一个生产工序。
其目的主要是从硫酸锌溶液中提取纯度高的金属锌。
硫酸锌溶液电解沉积就是：以净化的硫酸锌溶液作电解液，以铅银合金板（含银1％）做阳极，压延铝板做阴极，在直流电的作用下，阴极上析出金属锌（称阴极锌），在阳极上放出氧气。
随着过程的不断进行，电解液中的含锌量不断减少，硫酸含量不断增加，至一定程度后就不能再供正常电积之用。
这时的电解液叫做废电解液（电积废液）。
废电解液连续不断地从电解槽的出液端溢出，一部分与新液混合供电解液循环用，一部分送往浸出车间供浸出用。
每隔一定时问取出阴极将析出锌剥下进去熔化铸锭，成为锌成品。
阴极铝板经过清刷处理以后，再装入电解槽中，继续进行电解沉积。
电解沉积锌的过程一般可以分为三种方法：标准法、中酸中电流密度法、和高酸高电流密度法。
标准法采用300～400A/m2的电流密度，电解液含酸100～130g/L，中酸中电流密度法采用400～600A/m2的电流密度，电解液含酸130～160g/L；高酸高电流密度法采用600～1000A/m2的电流密度，电解液含酸220～300g/L。
三种方法原理是一样的，只不过是所用的电流密度和电积液酸度有较大差别而已。
增加电流密度，可提高电积槽的锌产量，但电积液必须除去更多的热量，纯度要求也更严格。
过去采用低酸低电流密度法的电锌厂较普遍，但它限制了生产过程的强化。
因此，现在的电锌厂多使用中酸中电流密度法，在操作良好的条件下，可以获得高于90％的电流效率。
采用高酸高电流密度法的电锌厂（如美国克洛格电锌厂，采用960A/m2，H2SO4260g/L的作业条件）必须在高锌含量下作业，以保证溶液中的锌酸比高于足以避免析出锌反溶的程度，返回的废液由于含酸高，更容易溶解焙砂中的铁酸锌。
10.2 杂质在电积过程中的行为在生产实践中，常常由于电解溶液含有某些杂质而严重地影响析出锌的结晶状态、电积过程的电流效率和电锌的质量。
其中杂质金属离子在阴极放电析出是影响锌电积过程的主要因素。
杂质金属离子能否在阴极上放电析出，取决于其平衡电动势的大小。
当电解液中锌离子浓度为55g/L （a Zn2+=0.0424）时，按能斯脱公式计算某些杂质离子放电的最低浓度。
表10.7为锌及常见杂质的标准还原电势、一般含量及放电最低浓度依据。
从该表可见，杂质在阴极上析出不可避免。
杂质的析出速度与析出电势有关。
当溶液中杂质浓度降到一定程度时，决定析出速度的因素就不再是析出电势，而取决于杂质扩散到阴极表面的速度，及析出速度等于扩散速度，离子的极限面积电流与扩散系数成正比，所以某一离子的析出速度，决定于其极限面积电流，其数学表达式为δii d C nFD D =式中：Dd 为极限面积电流（A/m2）；n 为参加反应的电子数；F 为法拉第常数；Di 为离子扩散系数（cm2/s ）；Ci 为离子浓度（mol/m3）；δ扩散层厚度（cm ）。
杂质含量将与其浓度成正比。
阴极锌中的某杂质i 的含量由下式决定：η⋅⋅⋅=Zn k id i M D u D W (%)式中：Wi%为杂质在阴极锌中的百分含量；ui 为杂质的原子量；MZn 为锌原子量（65.38）；η为电流效率；Dk 为面积电流（A/m2）。
因此，要提高电锌质量，必须加强硫酸锌溶液的净化，降低溶液中杂质含量，并设法提高电流效率。
铜、钴、镍、砷、锑、锗等是降低析出锌的表面质量及电流效率的杂质。
钴是一种有害杂质之一，特别有锗存在时危害更甚。
由于钴引起阴极锌的腐蚀（即烧板），使锌腐蚀成黑色的斑点，并愈靠近铝板一面愈严重，形成喇叭形的圆孔。
钴对锌阴极的腐蚀是由于在阴极表面形成局部的微电池所致。
在微电池中氢电极为正极，锌电极为负极。
由于氢在钴粒上的超电压较低，从而促进了微电池的反应。
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。
5硫酸锌溶液的电解沉积原理（2）5.2.2阴极过程5.2.2.1在工业生产条件下，锌电积液中含有Zn2+50～60g/L和H2SO4120-180g/L。
如果不考虑电积液中的杂质，则通电时，在阴极上仅可能发生两个过程。
（1）锌离子放电，在阴极上析出金属锌：Zn2++2e=Zn φ?(18)=―0.763V (18)(2)氢离子放电，在阴极上放出氢气：2H++2e=H2 φ?(19)=0.000V (19)在这两个放电反应中，究竟哪一种离子优先放电，对于湿法炼锌而言是至至关重要的。
从各种金属的电位序（见表4―4）来看，氢具有比锌更大的正电性，氢将从溶液中优先析出，而不析出金属锌。
但在工业生产中能从强酸性硫酸锌溶液中电积锌，这是因为实际电积过程中，存在由于极化所产生的超电压。
金属的超电压一般较小，约为0.03伏，而氢离子的超电压则随电积条件的不同而变。
塔费尔通过实验和推导总结出了超电压与电流密度的关系式，即著名的塔费尔公式：ηH=a+blgD K式中ηH——氢的超电压，a——常数，即电极上通过单位电流密度时的超电压值，随阴极材料、表面状态、溶液组成和温度而变；b——；只随电解液温度而变。
D k——阴极电流密度。
因此，电积时可创造一定条件，由于极化作用氢离子的放电电位会大大地改变，使得氢离子在阴极上的析出电位值比锌更负而不是更正，因而使锌离子在阴极上优先放电析出。
这就是锌电积技术赖以成功的理论依据。
5.2.2从以上分析可见，氢的超电压在锌电积实际生产中具有重要意义。
根据塔费尔公式，影响氢在阴极析出的超电压的主要因素有：由塔费尔公式可见，a值改变，氢的超电压就改变，即氢的超电压随阴极材料而定。
表5—1列出了在不同金属阴极上析出氢的超电压值。
从表中可以看出，在不同金属的阴极上氢析出超电压值相差较大。
大体上可分为三类：高超电压金属：Pb、Cd、Hg、T1、Zn、Sn；中超电压金属：Fe、Co、Ni、Cu、Au。
锌电解沉积electrowinning of zincx}nd一anJ一e ehenjl 锌电解沉积(eleetrowinning of:inc)采用不溶阳极，在直流电作用下使硫酸锌电解液中的锌沉积在阴极上的过程，为湿法炼锌流程的重要组成部分。
工艺将已净化合格的硫酸锌溶液(简称新液)和返回的电解液(简称废液)按一定的比例混合后，连续不断地从电解槽的进液端送入电解槽，槽中插入用铅银合金板制成的阳极和压延纯铝板做的阴极。
当通入直流电时，在阴极发生析出锌的反应: ZnZ++Ze—Zn 在阳极则发生水被分解成H+和氧气的反应: HZO一Ze—ZH十+l/202 锌电解沉积的总反应为: ZnSO;+HZO一Zn+HZSO‘+l/202 随着锌不断地在阴极上电解沉积，电解液中含锌量逐渐减少，而硫酸却相应增加。
为使电解槽内电解液中锌和硫酸的浓度稳定地保持在规定范围，并维持稳定的电解液液面，须连续向电解槽加入新液，从另一端排出含锌50一609/L、硫酸120一2609/L 的废液。
部分废液冷却后返回电解配液，以使电解槽内的电解液达到必要的循环速度。
每隔一定周期(24~48h)取出沉积锌的阴极，经洗净后剥离锌。
阴极锌经干燥后，送熔铸成产品锌锭。
阴极铝板经刷洗处理，再装入电解槽中继续使少月。
主要技术经济指标锌电积的主要技术条件和指标有电能消耗、电流效率、槽电压和电锌质量。
电能消耗湿法炼锌每生产h电锌锭消耗电能3800一400Okw·h，电耗是构成电锌成本的重要部分。
而锌电解沉积的电单耗达300。
一3500kw·h，为总电能耗的79%一55%。
因此，降低锌电解沉积的电能消耗，对降低电锌成本意义重大。
从电解沉积电能消耗公式: 电能消耗(kW·h/t)~ 槽电压(V)只100 锌的电化当量(g/(A·h))x电流效率(环) 可知，锌的电化当量为一恒量，为降低电能消耗，应采取一切措施提高电流效率和降低槽电压。
