Факторы, определяющие процесс электролиза

Влияние органических соединений. Различают две группы органических соединений:

- примеси, загрязняющие электролит на предыдущих переделах (остатки реагентов в концентратах, органические соединения в возгонах, продукты разложения фильтрационных тканей, смазочные масла и другие);

- поверхностно-активные вещества и коллоидные добавки, которые вводят в электролит в процессе электролиза для улучшения структуры катодного осадка и повышения выхода цинка по току.

Исследования Гинцветмета показали, что органические соединения, попадающие в раствор при выщелачивании возгонов, снижают выход по току, а осадки ксантогената в концентратах способствуют разрушению пены на поверхности электролита в ваннах. Необходимо по возможности предупреждать попадание таких соединений в цинковый электролит. Специальную очистку нейтрального раствора от органических примесей можно осуществить путем перемешивания его с активированным углем. Таким образом удается удалить часть примесей и за счет этого повысить выход по току на 1-2 %.

Органические соединения второй группы – столярный клей, желатина, гуммиарабик и другие – улучшают показатели электролиза, если их добавляют в ванны в строго определенных количествах. На Усть-Каменогорском и Риддерском цинковых заводах в качестве коллоидной добавки применяют столярный клей. Практикой установлено, что он улучшает качество катодного осадка и ослабляет в некоторой степени вредное действие кобальта. В то же время добавки коллоидов увеличивают общее сопротивление на ванне, а избыток столярного клея делает осадок хрупким, трудно отделяемым от алюминиевого катода.

В большинстве случаев совместное действие примесей в процессе электролиза сильнее, чем каждой из них в отдельности. Так, при низком содержании в электролите сурьмы медь не так сильно влияет на осаждение цинка. Поэтому высокое содержание сурьмы в электролите требует более полного удаления других электроположительных примесей, вредное действие которых она усиливает. При двух примесях на цинке образуются трехэлектродные системы, в которых в зависимости от положения металлов-примесей в ряду напряжения и величины перенапряжения водорода на них металлы-примеси становятся либо микрокатодами, либо микроанодами.

Плотность тока:

Плотностью тока при электролизе называется количество электрического тока, приходящееся на единицу рабочей поверхности электрода. Например, если через электролизную ванну с общей рабочей поверхностью катодов, погруженных в электролит 40 м2 пропустить ток силой 20000 А, то катодная плотность тока составит: Дк=20000/40=500 А/м2.

Анодную плотность тока вычисляют аналогичным способом.

Плотность тока – очень важный фактор при электролизе цинка. Осаждение цинка на катоде может начаться только по достижении определенной минимальной плотности тока, при которой в данном электролите перенапряжение водорода достигает настолько высокой величины, что может начаться разряд ионов цинка. Такая минимальная плотность тока называется критической плотностью тока. Для цинка она составляет 240 А/м2.

Однако на практике ряд других факторов ослабляет положительное действие плотности тока. К таким факторам относятся концентрационная поляризация, повышение напряжения на ванне, интенсивное выделение тепла в электролит.

С ростом плотности тока соответственно увеличивается напряжение на ванне, и, следовательно, расход энергии. Если при этом другие условия электролиза таковы, что увеличение расхода электроэнергии за счет повышения выхода по току, то необходимого эффекта рост плотности тока не даст.

Для поддержания в электролизных ваннах заданного температурного режима применяют элементы охлаждения электролита с определенной способностью. При отсутствии резерва в системе охлаждения повышение плотности тока может привести к нарушению температурного режима вследствие увеличения выделения тепла в ваннах.

При высоких плотностях тока процесс электролиза идет интенсивно. Это означает, что на аноде выделяется кислород, который попадает в атмосферу цеха. Пузырьки газа захватывают с собой мельчайшие частицы электролита, образующие над ваннами и в атмосфере цеха туман из серной кислоты и сульфата цинка. Условия труда при этом ухудшаются.