Факторы, определяющие процесс электролиза

В отличие от кадмия, свинца и меди сурьма и мышьяк не вызывают в условиях электролиза значительного ухудшения химического состава цинка. Являясь металлами с большим электродным потенциалом, чем цинк, они осаждаются на катоде и вновь переходят в раствор, снижая выход по току. Причиной этого является понижение по сравнению с цинком перенапряжения водорода на этих металлах. Допустимым пределом содержания мышьяка и сурьмы в нейтральном электролите считается 0,1 мг/дм3, но лучше, если содержание их будет еще ниже. Незначительное увеличение содержания сурьмы в электролите обнаруживается в виде полос, желобков и царапин.

Вредное действие кобальта аналогично действию мышьяка и сурьмы, то есть он не ухудшает качества цинка, но резко вызывает коррозию катодного осадка и приводит к разъеданию цинкового листа со стороны, обращенной к алюминиевому катоду и образованию на нем черных сквозных дыр различной формы. Никель проявляет себя подобно кобальту с той только разницей, что отверстия, образующиеся в результате коррозии осадка, получаются сквозные и гораздо большего диаметра. Содержание кобальта в нейтральном электролите должно быть не более 2 мг/дм3, никеля не более 1 мг/дм3. Превышение допустимых концентраций этих металлов влечет за собой значительное снижение выхода цинка по току, а также увеличение расхода электроэнергии в связи с уменьшением кислотности электролита и ростом напряжения на ванне.

В результате увеличения переработки окисленного сырья в большей степени стал проявлять себя при электролизе германий. Германий является самой вредной примесью. При содержании в электролите 1 мг/дм3 германия осаждение цинка не происходит. Расчеты показали, что 50 % германия осаждается вместе с цинком, а 50 % улетает в форме GeH4. Концентрация германия в нейтральном электролите не должна превышать 0,01мг/дм3.

Железо, обладая различной степенью кислотности, может под действием электрического тока попеременно окисляться на аноде и восстанавливаться на катоде, переходя из одной формы в другую. Такое поведение железа при электролизе вызывает дополнительный расход электроэнергии и снижает выход цинка по току. Поэтому содержание железа в нейтральном электролите находится в пределах 30-50 мг/дм3.

Марганец, магний, кальций, натрий, калий как более электроотрицательные примеси, чем цинк, на катоде не осаждаются. Они накапливаются в растворе. Марганец, магний и другие примеси определенным образом влияют на ход процесса электролиза. В небольших количествах марганец (3-8 г/дм3) необходим для образования на свинцовом аноде защитной пленки MnO2, препятствующей переходу свинца в раствор. Снижение содержания марганца в электролите (менее 3 г/дм3) вызывает разряд ионов хлора на аноде и выделение хлор-газа в атмосферу цеха. При значительных концентрациях марганца в электролите выход по току немного снижается, так как марганец усиливает коррозию катодного осадка. При больших количествах марганца в растворе ускоряется накопление шлама в ваннах и на анодах. Магний, натрий и калий увеличивают сопротивление электролита. Практика показывает, что для предупреждения кристаллизации сернокислых солей при охлаждении электролита, содержащего 160 г/дм3 цинка, сумма щелочных, щелочноземельных металлов и марганца не должна превышать 30 г/дм3.

Вредное действие хлора и фтора проявляется в разъедании алюминиевых катодов и свинцовых анодов. Агрессивное действие хлора и фтора возрастает с увеличением кислотности и температуры электролита. Фтор, кроме того, способствует прилипанию цинкового осадка к алюминиевому катоду, вызывая явление «трудной сдирки». Условия труда рабочих ухудшаются при содержании хлора в растворе 400-500 мг/дм3. Хлор-газ является сильным окислителем. Поэтому выделение его в атмосферу может быть уменьшено в результате взаимодействия его с металлом переменной валентности и превращением его в хлор-ион. Эту роль восстановителя хлора выполняют ионы двухвалентного марганца. В целях предупреждения нежелательного действия хлора, содержание его ограничивают в пределах 50-70 мг/дм3. Концентрация фтора в нейтральном электролите 30-50 мг/дм3.