ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электролиз в металлургии цинка и кадмия из "Прикладная электрохимия" Чем выще плотность тока, тем больше перенапряжение водорода и выше выход цинка по току. [c.381] Поляризационные диаграммы для цинка и водорода (рис. 4.17) показывают, что стационарный потенциал цинка при погружении его в кислый раствор своей соли будет иметь более положительное значение, чем равновесный потенциал Ер = = —0,8 В, так как в установлении потенциала принимает участие не только реакция 2п— 12п2++2е (обратной реакцией 2п2++2е—н2п пренебрегают из-за малой скорости), но и 2Н+ + 2е— -Нг (обратной реакцией Нг— -2Н++2е пренебрегают из-за малой скорости). [c.381] При поляризации внешним током картина изменяется. Вследствие малого перенапряжения при разряде и ионизации-цинка и высокого перенапряжения водорода на цинке наклоны кривых поляризации цинка и водорода будут различны (для водорода 0 = 6 = 0,12 В). Поэтому кривая катодной поляризации водорода при определенной плотности тока пересечет анодную кривую цинка. До достижения значения равновесного потенциала цинка в данных условиях на катоде выделяется только водород, а цинк растворяется. При катодной поляризации электрода водород образуется уже за счет двух процессов самопроизвольного растворения цинка (процесс 2Н++2е — -Иг является сопряженным с процессом 2п— -2п ++2е) и внешнего катодного тока. [c.383] Скорость катодных процессов, т. е. суммарное количество-выделяющегося водорода в этом случае выше скорости анодного процесса на том же электроде (Згк 21а) и возрастает при увеличении внешней поляризации. Начиная с величины (в нашем случае —0,8 В), возникают условия, при которых возможно выделение цинка на катоде. Катодная защита цинка достигается при плотности тока при дальнейшем повышении плотности тока скорость ионизации цинка становится исчезающе малой и совместно с водородом начинает выделяться цинк. [c.383] Чем выше плотность тока, тем большая доля затрачиваемого электричества приходится на процесс выделения цинка, т. е. повышается его выход по току. [c.383] Линией А—В на рис. 4.17, а обозначена катодная кривая выделения водорода при большей концентрации Н+, т. е. из более кислого раствора. При определении кинетических параметров по графику видно, что сдвигается в сторону положительных значений (В/ ), а скорость самопроизвольного растворения цинка увеличивается до с . Для достижения катодной защиты требуется более высокая плотность тока (г з ), следовательно, цинк начнет выделяться на катоде только при более высоких плотностях тока. [c.383] Реальное распределение затрачиваемого электричества между цинком и водородом, может быть определено только при сопоставлении суммарной и парциальных поляризационных кривых (рис. 4.17,6). [c.383] Такие же соотношения действительны для растворов хлоридов аналогичная картина наблюдается и для кадмия, перенапряжение водорода на котором выше, чем на цинке. [c.384] Таким образом, кислотность электролита при электролизе увеличивается. Выход цинка по току зависит от распределения количества электричества между двумя реакциями электролиза. Аналогичные выводы и для процесса получения кадмия. [c.384] Около 40% производимого цинка используют для цинкования железа, определенное количество — в гидрометаллургии для цементации, при производстве гальванических элементов. Сплавы цинка (главным образом латуни и жидкотекучие литейные сплавы с алюминием, медью и магнием) обладают ценными свойствами и широко применяются в различных отраслях промышленности. Они пригодны также в качестве полиграфических сплавов для литья шрифтов. [c.384] Цинк встречается преимущественно в виде сульфидов, образуя минералы сфалерит (ZnS), марматит (Zn, Fe)S и др. Самостоятельных цинковых руд не существует минералы цинка практически всегда сопровождают минералы свинца или меди. В этих полиметаллических рудах присутствуют также соединения железа, кадмия, в малых количествах — никеля, кобальта и некоторых редких и благородных металлов. Содержание цинка в этих рудах колеблется в пределах 0,5—15%. На заводы поступают концентраты, получаемые обычно флотационным обогащением. Они содержат не менее 40% цинка в виде сульфида, а также сульфиды и оксиды свинца, железа, меди, кадмия и др. [c.384] Наиболее мощные месторождения сосредоточены в СССР (Алтай, Урал, Северный Кавказ и др.) и в США (Оклахома, Миссури, Теннеси и др.). [c.384] Немногим более половины производимого цинка получают пирометаллургическим способом, остальную часть — гидроэлектрометаллургическим способом, В России способ гидроэлектрометаллургии был впервые осуществлен в 1909 г, инженером Лащинским, которому принадлежит идея применения анодов из свинца. Увеличение за последние 40 лет почти в два раза мирового производства цинка следует отнести в основном за счет развития именно гидроэлектрометаллургического способа. В СССР цинк почти целиком производят этим путем. [c.385] Гидроэлектрометаллургическое получение цинка. Цинк получают в гидроэлектрометаллургии главным образом методом электроэкстракции. [c.385] Обжиг концентратов сульфидных цинковых руд ведут при такой температуре (850—900 °С), чтобы основным продуктом был оксид цинка, а сульфат цинка образовывался в малом количестве. Сульфиды сопровождающих металлов — свинца, железа, кадмия, меди — также образуют оксиды. Нежелательный смешанный оксид 2пО-Ре Оз (феррит) образуется при температурах около 600°С реакция интенсифицируется повышением температуры, но для ее протекания требуется определенное время, так как она связана с диффузией в твердом состоянии. [c.385] В настоящее время обжиг цинковых концентратов на всех заводах проводится в печах КС (см. рис. 4.2). Размер зерен 50—70 мкм. Доля концентрата, уносимого с газами и улавливаемого в виде пыли, достигает в производстве цинка 40—70% массы концентрата. Около 90% этого количества возвращается на выщелачивание. Содержание ЗОг в газах печей КС высокое (7,5—9%), поэтому такие газы могут быть использованы для производства серной кислоты. [c.385] выделяемое при окислительном обжиге, позволяет поддерживать температуру печи на уровне 900—950 °С, а в случае необходимости и выше. Имеются данные о том, что высокая скорость процесса обжига в печах КС и отсутствие постоянного контакта между отдельными оксидами металлов сильно уменьшает образование ферритов, поэтому отпадает необходимость в специальных мероприятиях для возвращения ферритного цинка из кеков в растворы для получения цинка. [c.385] Для выщелачивания огарка используют отработанный кислый электролит (замкнутый процесс). Эта операция позволяет разделить компоненты огарка между раствором и остатком от выщелачивания. В зависимости от концентрации кислоты и температуры выщелачивания, а также от свойств отдельных оксидов распределение каждого из компонентов между раствором и остатком может быть различным. В остатке от выщелачивания находится обычно основная часть свинца, кальция, магния, алюминия в виде сульфатов и оксидов, а также диоксид кремния и феррит цинка (при содержании кислоты в отработанном электролите до 100 г/л), половина всей меди, золото и серебро. [c.385] Силикаты цинка и других металлов могут также частичка переходить в раствор, что сильно усложняет отстаивание и фильтрование нейтральных растворов. Количество растворяющихся силикатов зависит от концентрации кислоты. При выщелачивании разбавленными растворами серной кислоты (100— 200 г/л) специальные меры для отделения остатков после выщелачивания обычно не принимаются. Раствор достаточно хо рошо осветляется в чанах-отстойниках. При применении более концентрированных растворов Н 2 .04 силикаты растворяются в значительном количестве, тогда проводят горячее фильтрование на фильтрах высокого давления. [c.386] В производстве цинка организуют как одноступенчатый, так и многоступенчатый процесс выщелачивания (см. рис. 4.4). Одноступенчатое выщелачивание при 80 °С применяют для работы с более концентрированными кислыми растворами при этом серная кислота полностью нейтрализуется огарком в одном чане. [c.386] Вернуться к основной статье