電解車間工藝培訓(xùn)課件

電解車間工藝培訓(xùn)目錄鋅電解沉積的基本概念電流效率，槽電壓及電能消耗雜質(zhì)對(duì)電解沉積過程的影響電解沉積的操作實(shí)踐電解沉積過程的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電解沉積的質(zhì)量控制曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案第一節(jié)鋅電解沉積的基本概念一、鋅電解沉積的一般概念電解沉積鋅的過程是：將已經(jīng)凈化的硫酸鋅溶液（即新液），連續(xù)不斷地從電解槽的進(jìn)端送入電解槽中，以鉛銀合金板做陽極，壓延鋁板做陰極，當(dāng)通過直流電時(shí)，陰極上析出金屬鋅，陽極上放出氧氣，隨著過程的不斷進(jìn)行，電解液中的含鋅量不斷減少，硫酸含量不斷增加。這種經(jīng)過電解沉積后的電解液，叫做廢電解液，它連續(xù)不斷的從電解槽的出液端溢出，一部分送往浸出工序，其余部分在電解系統(tǒng)循環(huán)，陰極上析出的鋅每隔一定周期（我車間為48小時(shí)）取出來，將鋅片剝下送去熔化鑄錠，成為鋅成品。陰極鋁板經(jīng)過平整清刷后，再裝入電解槽中繼續(xù)進(jìn)行電解沉積。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案二、電離的概念除金屬及熔融的鹽和堿是電流的良導(dǎo)體外，酸、堿和鹽的水溶液也能導(dǎo)電。根據(jù)電離理論：當(dāng)酸、堿和鹽（統(tǒng)稱電解質(zhì)）溶于水中時(shí)，它們的分子或多或少地離解成帶電荷的離子，這種離解過程叫電離。每一種電解質(zhì)都能電離出帶正電荷的正離子和帶負(fù)電荷的負(fù)離子，所有正離子所帶正電荷的總和與所有負(fù)離子所帶負(fù)電荷的總和相等。因此，整個(gè)溶液仍然保持電中性。但電流通過溶液時(shí)，溶液中的正離子和負(fù)離子各自開始向彼此相反的方向移動(dòng)：正離子移向陰極，負(fù)離子移向陽極。它們?cè)陔姌O上失去電荷（放電），實(shí)現(xiàn)了離子導(dǎo)電，放電后的離子變成中性原子或原子團(tuán)。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案三、鋅電解沉積過程的陰陽極反應(yīng)假設(shè)電解液中無其它雜質(zhì)，我們的電解液是純凈的硫酸鋅水溶液，則在電解液中就僅僅存在硫酸鋅（ZnSO4）、硫酸（H2SO4

）和水（H2O）。根據(jù)電離理論，它們發(fā)生如下電離反應(yīng)：

ZnSO4Zn2++SO42-

H2SO42H++SO42-

H2OH++OH-當(dāng)通過直流電時(shí)，帶正電荷的鋅離子（Zn2+），接受2個(gè)電子（放電）變成中性鋅原子，在陰極上以結(jié)晶狀態(tài)析出：Zn2++2e=Zn曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案

同樣，帶負(fù)電荷的氫氧根離子（OH-）移向陽極，在陽極上失去2個(gè)電子（放電）放出氧氣。

2OH--2e=H2O+1/2O2這樣便可把電解沉積的過程列成如下反應(yīng)方程式：在陰極：Zn2++SO42-+2e=Zn+SO42-在陽極：

2H++2OH--2e=2H++H2O+1/2O2

總的反應(yīng)式為：ZnSO4+H2O=Zn+

H2SO4+1/2O2曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案1、陰極反應(yīng)在電解液中，帶正電荷的正離子，除鋅離子外，還有氫離子，它也有可能與鋅離子一樣，在陰極上得到兩個(gè)電子（放電）析出氫氣，因而有如下兩個(gè)反應(yīng)：Zn2++2e=Zn

2H++2e=H2在兩個(gè)放電反應(yīng)中，究竟哪一種離子優(yōu)先放電，由以下幾個(gè)因素決定：（1）它們?cè)陔娢恍蛑械南鄬?duì)位置，具有較大正電性的離子較易在陰極放電析出。（2）它們?cè)谌芤褐械碾x子濃度。（3）電解沉積時(shí)組成的陰極材料。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案由電位序表可看出：氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位H2/2H+為+0.000(V）鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Zn/Zn2+為-0.763（V）因此，在陰極上應(yīng)該是氫優(yōu)先放電析出，但實(shí)際上，由于氫離子在各種不同金屬材料的陰極上析出時(shí)的析出電位，要比它的電極電位大，需要外加一定的電壓，這種需要外加的使氫離子在陰極上析出的電壓就叫氫的超電壓。氫離子在陰極鋅上析出時(shí)的超電壓很大，結(jié)果使得氫離子在陰極上的析出電位值比鋅更負(fù)，因此，使鋅離子有限在陰極上放電析出。這就是鋅能在硫酸鋅水溶液中電解析出的原因。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案氫離子在陰極析出的超電壓影響因素有（1）陰極材料；（2）電流密度；（3）電解液的溫度；（4）加入電解液中的添加劑；（5）溶液中的雜質(zhì)含量。在生產(chǎn)中，為了使氫不在陰極析出，保證電解沉積有較高的電流效率，總是采取一些增大氫的超電壓的措施，如：降低電解液溫度、添加牛膠、降低電解液中的雜質(zhì)含量等。在鋅電解過程中，氫超電壓與電解電流密度的關(guān)系可用塔菲爾公式表示：影響氫在陰極析出的超電壓的主要因素有：a、陰極材料的影響不同的陰極材料有不同的α,b值，在不同的陰極上，氫析出超電壓的α值相差較大，一般可按α值的大小分為：高超電壓金屬（α≈1.2～1.5伏），有Pb、Cd、Hg、Tl、Zn、Sn、Al。中超電壓金屬（α≈0.5～0.7伏），有Fe、Co、Ni、Cu、Au。低超電壓金屬（α≈0.1～0.3伏），有Pt、Pd。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案e、電解液組成的影響電解液中的雜質(zhì)在陰極析出后，局部改變子陰極材料的性質(zhì)，從而使得局部陰極上氫的超電壓有所改變。當(dāng)溶液中的銅、砷、銻、鈷等雜質(zhì)的含量超過充許含量后，它們?cè)陉帢O上析出，它們屬于中、低超電壓的電極，從而降低了氫氣析出的超電壓。f、添加劑的影響電積液中加膠，可以改善陰極的表面狀態(tài)，從而增大氫的超電壓，但膠只能達(dá)到一定限度，過分增加膠量時(shí)氫的超電壓又開始下降。2、陽極反應(yīng)在陽極上主要有三個(gè)反應(yīng)：（1）2OH--2e=H2O+1/2O2（2）SO42--2e=SO3+1/2O2（3）Pb-2e=Pb2+曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案在陽極，由于硫酸根在陽極上放電析出電位比氫氧根高很多，故，在陽極是氫氧根離子放電析出氧氣，而硫酸根離子與電解液中的氫離子結(jié)合成硫酸(即第二個(gè)反應(yīng)一般不發(fā)生）。故在陽極僅發(fā)生第一和第三個(gè)反應(yīng)。在此先說第一個(gè)反應(yīng)：陽極上放出的氧氣消耗在三個(gè)部分：（1）與電解液中的硫酸錳（MnSO4)起化學(xué)反應(yīng)：2MnSO4

+3H2O+5/2O2=2MnO4

+2H2SO4反應(yīng)生成的MnO4在電解液中與H+離子生成HMnO4，它使電解液呈紫紅色，HMnO4又繼續(xù)與硫酸錳作用：曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案2HMnO4+3MnSO4

+2H2O=5MnO2

+3H2SO4反應(yīng)生成的MnO2，一部分附著在陽極上，一部分沉入槽底，稱為陽極泥。（2）少部分氧與陽極表面的鉛作用：

Pb+O2=PbO2PbO2保護(hù)陽極不受腐蝕。（3）大部分氧氣從陽極析出后逸出電解液表面，并帶出少量電解液的微小顆粒，形成酸霧。陽極上的第三個(gè)反應(yīng)是陽極上的鉛溶解：Pb-2e=Pb2+曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案第二節(jié)電流效率，槽電壓及電能消耗一、電流效率及其影響因素電流效率在電解沉積中是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)法拉第定律，通過1A/h的電量，在陰極上應(yīng)產(chǎn)出1.22克鋅，但在實(shí)際的電解沉積過程中得到的鋅量總是少于這一理論值，這是因?yàn)樵陉帢O上除了鋅析出外，由于各種原因，氫的超電壓降低時(shí)，氫離子也在陰極上析出。此外，比鋅更正電性的金屬雜質(zhì)離子也在陰極放電析出，因而消耗了部分電流。當(dāng)絕緣設(shè)備條件損壞，操作上引起陰陽極接觸等，都將導(dǎo)致電流的漏損。工業(yè)生產(chǎn)中，常用下式計(jì)算電流效率：曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案η=m×100%/(q×I×t×N)式中：η——電流效率，%m——析出鋅實(shí)際產(chǎn)量，g;q——電化當(dāng)量，1.2202g/(A·h)I——電流，A；

t——電解時(shí)間，h；

N——電解槽數(shù)目影響電流效率的因素有：（1）電解液中的鋅酸含量；（2）電解液的溫度；（3）電流密度；（4）電解液的純度；曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（5）漏電和短路影響；（6）析出周期；（7）添加劑使用情況；（8）鋅片剝離的難易程度；（9）下槽陰極的表面狀態(tài)。二、槽電壓槽電壓是指電解槽內(nèi)相鄰陰陽極之間的電壓降，可直接用直流電壓表測(cè)出。在生產(chǎn)上，通常用電源總電壓除以串聯(lián)總槽數(shù)所得的商來表示。V=U/N曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案三、電能消耗電能消耗是指每生產(chǎn)1t析出鋅所消耗的電能，單位為KWh/t。其計(jì)算公式如下：W=實(shí)際消耗電能（KWh）/析出鋅產(chǎn)量（t）=U×I×t×N/I×q×t×η×N=U/q×η式中：W——電能單耗，KWh/t·Zn;η——電流效率，%U——槽電壓，V；

q——電化當(dāng)量，1.2202g/(A·h)I——電流，A；

t——電解時(shí)間，h；

N——電解槽數(shù)目曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案四、計(jì)算運(yùn)用1、某列電解共有200個(gè)電解槽，，電流強(qiáng)度為31KA，電解析出周期為48h，所產(chǎn)鋅片產(chǎn)量為327.023t,試計(jì)算該析出周期內(nèi)的電流效率，若槽電壓為3.4V,試計(jì)算其電耗。解：電流效率=m/(q*I*N*t)=90.11%電耗=v/(η*q)=820*3.4/0.9011=3094kwh/t2、某列電解槽裝48塊陰極板，電流強(qiáng)度為32KA，電解析出周期為48h，電壓660V，產(chǎn)出鋅片320t,加入鋅液含鋅160g/l,廢液含鋅60g/l，試計(jì)算出電流密度及每小時(shí)新液加入量。解：曲靖鋅廠電解車間現(xiàn)用陰極板有效面積為1.6m2電流密度(A/M2)=I/A=32000/(48*1.6)=416.7A/M2

電效=m/(q*I*N*t)=85.4%新液加入量=32000*1.2195*0.854*200/(160-60)*1000=65.3m3/h曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案第三節(jié)雜質(zhì)對(duì)電解沉積過程的影響在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常由于電解液含有某些雜質(zhì)而嚴(yán)重影響析出鋅的結(jié)晶狀態(tài)、電積過程的電流效率和電鋅的質(zhì)量，雜質(zhì)金屬離子在陰極放電析出是影響鋅電積過程的主要因素。雜質(zhì)金屬離子能否在陰極上析出，取決于其平衡電位的大小，鋅離子濃度和雜質(zhì)離子濃度，因此，在生產(chǎn)中必須控制電解液中雜質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)。1比鋅正電性的雜質(zhì)的影響電解液中常見的電位比鋅更正的雜質(zhì)有鐵、鎳、鈷、銅、鉛、鎘、砷、銻等。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（3）鎳鎳在電積過程中的行為與鈷相似，只是鎳腐蝕鋅板是葫蘆瓢形孔洞，燒板是由表面往背面燒，當(dāng)有銻、鈷時(shí)危害更大。一般要求電解液含鎳小于1mg/L。（4）銅電解液中的銅在電積過程中與鋅一道在陰極析出，影響鋅的化學(xué)成分。嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成燒板，使鋅返溶。與鎳引起的燒板相同，也是由表面往背面燒。只是銅燒板是圓形透孔，孔的周邊不規(guī)則。因此，電解液中銅的存在既影響鋅的化學(xué)成分，有顯著降低電流效率，特別是鈷、銻存在時(shí)危害更大。在電解操作中要高度注意，防止銅導(dǎo)電頭上的硫酸銅結(jié)晶物掉入槽內(nèi)。一般眼球電解液含銅小于0.5mg/L。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（5）鎘電解液中鎘離子的危害主要是它會(huì)在陰極析出，影響鋅的化學(xué)成分。它不像銅、鈷、鎳等引起燒板，所以對(duì)電流效率影響不大。生產(chǎn)中一般要求電解液含鎘小于0.5mg/L。（6）鉛鉛在硫酸溶液中溶解度很小。所以鉛在電解液中含量甚微。它與鎘的行為相似。（7）砷、銻它們的行為很相似，都能在陰極上放電析出，并產(chǎn)生燒板現(xiàn)象。砷的危害性較銻小。它們都對(duì)電流效率有很大影響。銻引起燒板的特征是表面呈條溝狀。砷燒板的特征是陰極表面呈粒狀。嚴(yán)格控制新液中砷、銻含量不得超過0.1mg/L。降低電解液溫度，適當(dāng)加入膠量，可以減輕砷、銻的危害，改善鋅的析出狀況。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（8）鍺鍺是有害雜質(zhì)，它使電流效率急劇下降。原因是鍺在陰極析出，并造成陰極鋅劇烈返溶（燒板）。由于鍺離子在陰極析出后與氫原子生成氫化鍺，氫化鍺又與氫離子作用生成鍺離子，因而造成電能無益的消耗與鍺的氧化—還原反應(yīng)。其反應(yīng)過程可用下列反應(yīng)式表示：Ge4++4e=GeGe+4H=GeH4GeH4+4H+=Ge4++4H2鍺燒板的特征是由背面往表面燒，并形成黑色圓環(huán)。嚴(yán)重時(shí)形成大面積針狀小孔。因此，電解液中鍺含量不宜超過0.05mg/L。2比鋅負(fù)電性的雜質(zhì)的影響這些雜質(zhì)有鉀、鈉、鈣、鎂、鋁錳等。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案3陰離子的影響鋅電解液中常遇到的陰離子雜質(zhì)有氟離子（F-）和氯離子（Cl-）。（1）氟離子電解液中的氟離子能腐蝕陰極鋁板表面的氧化膜，使剝鋅操作困難，造成陰極鋁板的消耗增加。生產(chǎn)要求電解液含氟不超過50mg/L。（2）氯離子電解液中的氯離子主要對(duì)鉛陽極有腐蝕破壞作用，從而縮短陽極壽命，造成析出鋅含鉛升高，降低析出鋅的化學(xué)純度。因此，生產(chǎn)要求電解液含氯不超過200mg/L。4有機(jī)還原物對(duì)鋅電解沉積的影響有機(jī)還原物對(duì)鋅電解沉積的有害作作用類似于二價(jià)鐵離子，消耗電而做無用功，直接影響電流效率。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案第四節(jié)電解沉積的操作實(shí)踐一通電開槽及陽極鍍膜1、通電開槽（1）所有電解槽、溜槽、管道、混合槽，必須事先檢漏，對(duì)所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行帶負(fù)荷試車，如酸泵、吊車、刷板機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)等。運(yùn)轉(zhuǎn)正常方可開槽。（2）作為整流設(shè)備的供電工作。（3）陽極準(zhǔn)備：在陽極平臺(tái)上用木錘將板、梁平直、上好陽極絕緣套，再將陽極導(dǎo)電頭先用砂紙擦凈表面污物。使其物現(xiàn)本色，然后再用濕毛巾擦凈。按計(jì)劃裝入量，將陽極裝入槽內(nèi)，調(diào)整其垂直中心距為75mm。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（4）陰極準(zhǔn)備：按照與陽極相應(yīng)的計(jì)劃需要量準(zhǔn)備好陰極板，要求梁直板平，板面無油脂污物，上緊導(dǎo)電片和絕緣橡膠皮以備開槽。（5）灌槽：由于有中性開槽與酸性開槽之分，當(dāng)采用中性開槽時(shí)，只要往電解槽灌滿中性硫酸鋅溶液；當(dāng)采用酸性開槽時(shí)，則需將硫酸鋅溶液與硫酸或廢電解液配成含酸80~90g/L，含鋅65~75g/L的電解液，灌入電解槽內(nèi)。酸性開槽比中性開槽順利。（6）通電：灌槽完畢后，迅速將陰極插入電解槽，聯(lián)通電路，同時(shí)通知供電所合閘送電。通電后，電流強(qiáng)度的大小由裝入每個(gè)電解槽的陰陽極數(shù)和要求電流密度而定。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案（7）通電后，通知運(yùn)轉(zhuǎn)崗位，開始進(jìn)行電解液的循環(huán)。到此，通電開槽完畢。2、陽極鍍膜新開的電解車間，一般要對(duì)陽極進(jìn)行鍍膜。鍍膜的目的在于利用低溫、低電流密度，使在陽極上析出的氧氣與鉛反應(yīng)，生成一層二氧化鉛薄膜，從而保護(hù)陽極不被硫酸溶液腐蝕。3、生產(chǎn)中如何進(jìn)行陽極鍍膜？鍍膜的原理是什么？（1）在開槽通電以后，按照電流密度27-31A/M2要求所確定的電流強(qiáng)度送電，并要求整個(gè)鍍膜期間電流穩(wěn)定。槽溫控制在25℃左右，要求電解液含鋅40g/l,酸70-80g/l，一直維持24小時(shí)，觀察陽極表面，可看到一層棕褐色的氧化膜方可。（2）利用低溫，低電流密度，使在陽極上析出的氧氣與鉛反應(yīng)，生成一層二氧化鉛薄膜，從而保護(hù)陽極不被硫酸溶液腐蝕。4、“四九五”鋅錠的化學(xué)質(zhì)量要求為Pb≤0.0030%、Fe≤

0.0010%、Cu≤0.0010%、Cd≤0.0020%、Sn≤

0.0010%,雜質(zhì)總和≤0.0050%。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案二電解液的循環(huán)由泵送至冷卻塔冷卻的電解液，從供液明槽流至分配槽，再?gòu)姆峙洳鄣撞康牧鞒隹捉?jīng)接液盤供給每個(gè)電解槽。溶液流量的大小，以電解沉積前后電解液的成分而定，靠裝置在流出孔上的膠塞調(diào)節(jié)，流量按下列公式計(jì)算：

P1—新液含鋅（g/L)P2—廢液含鋅（g/L)從電解槽出來的廢電解液，含有160~170g/L左右的酸，50~55g/L左右的鋅，它從電解槽端設(shè)置的溢流口流出，先在匯流槽匯集，流入中間槽。進(jìn)入中間槽的廢電解液一部分用泵送去浸出工序，作浸出前液用。大部分廢電解液流入混合池與新液混合后用泵送到冷卻塔上冷卻供電解槽電解。這種循環(huán)方式即為大循環(huán)。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案三、槽面管理操作槽面管理與電解液的循環(huán)緊密相關(guān)，它的主要任務(wù)是對(duì)新液進(jìn)行取樣分析，選用合格新液和決定新液加入量，按技術(shù)條件控制電解液的酸、鋅濃度，控制電解液的溫度和根據(jù)具體情況正確使用添加劑。前已述及新液質(zhì)量和電解液的鋅酸濃度是影響析出質(zhì)量和電流效率的重要因素。電解所使用的新液必須按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)加控制。Zn（g/L）Cu（mg/L）Cd（mg/L）Co（mg/L）Sb（mg/L）Fe（mg/L）Ge（mg/L）Mn（g/L）145～155≤0.1≤5≤1.0≤0.01≤10≤0.063～5g/L曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案電調(diào)崗位操作細(xì)則1將酸鋅比穩(wěn)定控制在要求范圍。正常情況下要求3.1~3.3。2將槽溫控制在要求范圍。34~39℃。每列槽子溫差≤4℃。3按要求連續(xù)、均勻加入牛膠和碳酸鍶。

3.1骨膠：將骨膠加入溶膠槽用蒸汽加熱溶化，均勻加入混合槽內(nèi)，一般控制在0.3～0.5kg/t析出鋅。

3.2碳酸鍶：將碳酸鍶加入攪拌槽內(nèi)，加水?dāng)嚢杈鶆蚝蠹尤牖旌喜蹆?nèi)，一般控制在0.4～3.6kg/t析出鋅。4勤巡查槽面，對(duì)不導(dǎo)電板、發(fā)熱導(dǎo)電頭進(jìn)行處理。5槽面巡檢次數(shù)不得低于1次／小時(shí)，在不取槽的時(shí)候每班提板2次剝鋅片觀察。6分析人員必須按要求勤送新液查樣，新液使用標(biāo)準(zhǔn)見上表。7定時(shí)清除分配管、溢流管結(jié)晶，保證各電解槽供液均勻。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案四出裝槽操作1保證裝入電解槽的陰、陽極板板平梁直。2取裝槽時(shí)保證導(dǎo)電頭、導(dǎo)電板清潔干凈、接觸良好，極板間距均勻。3陰極板裝入后調(diào)整好極距并及時(shí)檢查陰極的導(dǎo)電情況，發(fā)現(xiàn)不導(dǎo)電或?qū)щ姴缓玫囊皶r(shí)進(jìn)行處理。4槽內(nèi)裝入32塊（2吊）陰極板時(shí)，取槽時(shí)必須先裝入16塊（1吊）陰極板后方能取另一吊陰極板，保證槽內(nèi)陰極板不少于32塊（2吊）。5在沒有特殊要求時(shí)鋅片碼放不能超過800mm/堆。6吊車工開車時(shí)注意力要集中，不能碰撞到廠房?jī)?nèi)的設(shè)施。7吊車工開車必須按指定路線行走。8所有取出板子必須進(jìn)陰極洗槽浸泡，浸泡時(shí)間以將板上的結(jié)晶泡落為準(zhǔn)。曲靖鋅廠電解車間工藝培訓(xùn)教案在電解過程中，不導(dǎo)電或?qū)щ姴涣贾饕幸韵氯矫娴脑颍?/p>