鋅電積電流效率的影響因素是什么?
答：(1)電解液的成分。
電解液的主要成分是Zn2+和H?SO?。維持電解液中適當(dāng)?shù)腪n2+和H?SO?濃度，對(duì)提高電流效率是有益的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著電解液中鋅濃度的增加和酸濃度的下降，鋅電積過程的電流效率也隨之升高。
實(shí)踐證明，一定的鋅離子濃度是正常進(jìn)行鋅電積生產(chǎn)和獲得較高的電流效率的基本條件。在一定的面積電流下，必須保持與其相適應(yīng)的并且相對(duì)穩(wěn)定的鋅、酸含量。如果新液中鋅離子濃度相對(duì)穩(wěn)定，則需嚴(yán)格控制生產(chǎn)中的廢電解液的酸鋅比，以維持相對(duì)穩(wěn)定的電解液鋅濃度。一般酸鋅比控制在(2.5～4):1,如新液含鋅140~180g/L,電解液中鋅濃度為45～75g/L,硫酸濃度為160～210g/L。目前，電鋅廠的電解液主要成分鋅的濃度差別不大，為50~60g/L。H?SO?的濃度趨向提高到180～200g/L。
凡是電解液中存在的能降低氫超電壓和能以鋅為陽極形成微電池反應(yīng)的較正典型的金屬雜質(zhì)，都會(huì)使鋅電積的電流效率降低。如鐵、鎳、鈷、銅、砷、銻及鍺的存在，大都會(huì)引起燒板、析出鋅返溶，使陰極沉淀鋅的表面狀態(tài)變化，使電流效率大大降低。但由于各個(gè)工廠的生產(chǎn)條件或各研究者的實(shí)驗(yàn)條件的差別，各種雜質(zhì)對(duì)電流效率影響程度也就不盡相同，所以各廠規(guī)定的凈化后液那個(gè)雜質(zhì)含量也有差異。根據(jù)加拿大Trail廠總結(jié)的各種少量元素對(duì)鋅電積電流效率的影響概括如下：
1)V、Nb、Ta:這3種元素的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)高于1mg/L時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響電流效率，但一般在電解液中不存在這些元素;
2)Mn:錳離子濃度太高對(duì)電流效率有一些影響，因?yàn)楦邇r(jià)錳離子會(huì)在陰極還原。鋅的電解液中要求Mn2+含量在1.5~3g/L范圍內(nèi)，有利于浸出和電積;
3)Fe、Ni、Co:這些元素能降低電流效率，尤其是鈷，因此電解液中Fe、Ni、Co的濃度應(yīng)分別小于5mg/L、0.3mg/L和0.3mg/L;
4)Cu、Ag、Au:從電流效率考慮，希望電解液中它們的濃度均小于0.1mg/L;
5)Cd、Hg:在某些雜質(zhì)存在時(shí)，鎘可阻止它們對(duì)電流效率的影響，汞沉在鋁陰極上還增加電流效率，希望電解液中Cd<0.5mg/L;
6)Ge、Sn:一般應(yīng)分別小于0.05mg/L和0.1mg/L,希望Ge<0.02mg/L,因?yàn)殒N對(duì)電流效率影響最大;
7)As、Sb:電解液中As<1mg/L、Sb<0.01mg/L時(shí)，才不會(huì)影響電流效率。
(2)電解液中鋅、酸含量。電流效率隨電解液含鋅量的增加而升高。當(dāng)鋅含量增加時(shí)，鋅的析出電位變正;當(dāng)鋅含量減少時(shí)，鋅的析出電位變負(fù)，需要加更大的電壓才能使鋅在陰極析出。
酸度過低，硫酸鋅會(huì)發(fā)生水解生成氫氧化鋅，致使陰極呈現(xiàn)海綿狀，且電觸液的導(dǎo)電性也會(huì)降低;但酸度過高，會(huì)使電流效率顯著下降，因?yàn)樗岫仍黾樱龀鲣\返溶加劇，氫在陰極上析出的可能性增大。
(3)電解液的溫度。溫度升高，電流效率降低。這是由于溫度升高，氫的超電位偏低，導(dǎo)致氫放電析出，加劇陰極鋅的返溶。由于電解液的電阻及電化學(xué)反應(yīng)等原因使電解液的溫度不可避免地升高，因此，鋅電積的電解液要進(jìn)行冷卻降溫，以保證高的電流效率。
(4)電流密度。隨著電流密度的增加，氫的超電位增大，對(duì)提高電流效率有利。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往提高電流密度時(shí)，電流效率卻在下降。這是因?yàn)樘岣唠娏髅芏葧r(shí)，一方面要求向電解槽中補(bǔ)充硫酸鋅的速度加快，另一方面要求保證電解液的溫度。如果提高電流密度的同時(shí)，不能滿足上述要求，電流效率就會(huì)下降。
(5)添加劑。陰極鋅如果沉積成粗糙表面或者樹枝狀，大大增大了鋅的表面積，降低了真正的電流密度，使氫的超電位下降，降低電流效率。加入添加劑一方面可以得到致密光滑的陰極鋅，另一方面還能降低陰極鋅的返溶。添加劑可以提高鋅與其他金屬雜質(zhì)組成微電池的陽極電位，使微電池的電位差減小，陰極鋅的返溶量減少。但是添加劑加入過量，會(huì)使得陰極鋅片發(fā)脆，電解液電阻增加，不利于生產(chǎn)。
鋅電積技術(shù)條件如何控制?
答：(1)電解液鋅、酸含量。電解液含鋅高，含酸低時(shí)，減小電解液的流量;相反地，電解液含酸高、含鋅低時(shí)，加大電解液的流量。
(2)添加劑。添加劑的加入量根據(jù)析出鋅的表面狀態(tài)而確定。
(3)電解液溫度。溫度普遍升高時(shí)，及時(shí)調(diào)整冷卻設(shè)備，提高冷卻效果。個(gè)別電解槽溫度升高，適當(dāng)?shù)卦黾恿髁坎⒓皶r(shí)檢查電解槽中是否出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
鋅電積過程出現(xiàn)燒板故障如何處理?
答：個(gè)別電解槽發(fā)生燒板時(shí)，槽溫升高，電解液含鋅量過低，含酸量過高，使陰極鋅返溶。嚴(yán)重時(shí)，由于陰極鋅激烈返溶，析出大量的氫氣，使電解液在槽內(nèi)翻騰。此時(shí)，應(yīng)該加大電解液的循環(huán)量，更換電解槽中部分電解液。情況嚴(yán)重時(shí)，立即取出槽內(nèi)陰極，重新裝入新陰極。
普遍燒板產(chǎn)生的原因是由于電解液含雜質(zhì)偏高，或者電解液含鋅量偏低，含酸量偏高;電解液溫度過高，也會(huì)引起普遍燒板。此時(shí)，應(yīng)取樣分析電解液成分，根據(jù)分析結(jié)果采取措施。如加大循環(huán)量，提高電解液含鋅量，保證電解液降溫冷卻。
鋅電積過程中為什么會(huì)產(chǎn)生酸霧，如何防止?
答：電解沉積時(shí)，電極上放出的氧氣或者氫氣帶出部分的細(xì)小電解液進(jìn)入空間，形成酸霧。為防止酸霧，國內(nèi)普遍在電解槽中加入皂角粉，使其在電解液表面形成一層泡沫，起過濾作用，將帶出的電解液捕集在泡沫中，減少酸霧;國外常將絲石竹的根塊粉碎后加入電解槽中，會(huì)在電解液表面形成穩(wěn)定的泡沫層，有效地防止酸霧的產(chǎn)生。
如何進(jìn)行陽極鍍膜?
答：新開的電解車間，一般要對(duì)陽極進(jìn)行鍍膜。
(1)開槽通電后，按照電流密度27～31A/m2要求的電流強(qiáng)度送電，并要求整改鍍膜期間電流穩(wěn)定。槽間控制溫度在25℃左右，要求電解液含鋅40g/L,酸70~80g/L,一直維持24h,觀察陽極表明，看到一層棕褐色的氧化膜即可。
(2)利用低溫、低電流密度，使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。
陰極鋅結(jié)構(gòu)與哪些因素有關(guān)?
答：影響陰極沉積物結(jié)構(gòu)的主要因素有以下幾個(gè)方面：
(1)電流密度。低電流密度時(shí)，一般為電化學(xué)步驟控制，晶體生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于晶核形成速度，故產(chǎn)物為粗粒沉積物。若在確保離子濃度的條件下，增大電流密度以提高電流效率，能得到致密的電積層。然而過高的電流密度會(huì)造成電積富集放電離子的貧化，使產(chǎn)品成為粉末狀，或者造成雜質(zhì)與氫的析出。由于氫的析出，電極附近溶液酸度降低，導(dǎo)致形成金屬氫氧化物或堿式鹽沉淀。
(2)溫度。升高溫度能使擴(kuò)散速度增大，同時(shí)又降低超電位，促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，因此升高溫度導(dǎo)致粗粒沉積物形成。對(duì)某些金屬電解過程，如鋅、鎳等電解過程，升溫會(huì)使氫的超電位降低，從而導(dǎo)致氫的析出。
(3)攪拌速度。攪拌溶液能使陰極附近的離子濃度均衡，使極化降低，極化曲線有更陡峭的趨勢(shì)，導(dǎo)致形成晶粒較粗的沉淀物。另外，攪拌電解液可以消除濃度的局部不均衡與局部過熱現(xiàn)象，提高電流密度而不會(huì)發(fā)生沉積物成塊和不整齊現(xiàn)象。即提高電流密度，可以消除由于加快攪拌速度引起的粗晶粒。
以上分析說明，當(dāng)采用高的電流密度時(shí)，必須提高電解液的攪拌速度，即加強(qiáng)電解液的循環(huán)，才能得到致密的陰極沉積物。
4)氫離子濃度。氫離子濃度是影響結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)的重要因素。在一定范圍內(nèi)提高溶液的酸度，可以改善電解液的電導(dǎo)率，使電能消耗降低。若氫離子濃度過高，則有利于氫的放電析出，在陰極沉積中氫含量會(huì)增大。生產(chǎn)實(shí)際表明在氫氣大量析出的情況下，將不可能獲得致密的沉積物。只有采取了有利于提氫的超電位，防止氫析出的措施時(shí)，才能適當(dāng)提高電解液的酸度。但是氫離子度也不能過低，過低是會(huì)形成海綿狀沉積物，不能很好地黏附到陰極上，有時(shí)至從陰極上掉下來。
(5)添加劑。為了獲得致密而平整的陰極沉積物，常在電解液中加入少膠體物質(zhì)，如樹膠、動(dòng)物膠或硅酸膠等。各種添加劑對(duì)陰極沉積物質(zhì)量的有利響在于膠質(zhì)主要是被吸附在陰極表面的凸出部分，形成導(dǎo)電不良的保護(hù)膜，使這些凸出部分與陽極之間的電阻增大，使陰極表面上各點(diǎn)的電流分布均勻，產(chǎn)出的陰極沉積物也就較為平整致密。
鋅片主要雜質(zhì)元素的來源是什么，控制措施是什么?
答：析出鋅中鎘、銅主要來自電解液，為了提高電鋅質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制落液中的雜質(zhì)含量和生產(chǎn)條件。實(shí)踐證明，溶液中雜質(zhì)含量可以通過深度凈化降低至要求限度以下。銅還可能來源于含銅物料進(jìn)入電解槽中，沖洗銅導(dǎo)電頭的水也含銅等，因此應(yīng)保持槽面清潔并盡可能避免沖洗水進(jìn)入電解液。
析出鋅中鉛的來源主要是電積過程中鉛銀陽極的鉛。溶解于電解液中的Pb2在陰極上析出及從陽極表面脫離的PbO?粒子在陰極鋅中夾雜從而極大地影響了電鋅品級(jí)。懸浮于電解液中的PbO,粒子易吸附H+帶正電荷，隨電解液的定向流動(dòng)而黏附于陰極，一部分被析出鋅包裹，一部分先被還原成Pb2+,而后再在陰極上放電析出。另外，鉛在析出鋅中的含量隨溶液中鉛離子、氯離子、硫酸濃度及溫度的增加而增加，隨面積電流的增加及含有一定的錳離子而降低。
降低陰極鋅含鉛量，提高電鋅質(zhì)量，可以采取如下措施：
(1)控制適當(dāng)?shù)碾娊鈼l件。實(shí)踐證明，提高電解液含鋅量及面積電流，降低電解液酸度及溫度，有利于降低析出鋅含鉛量，但這些條件受到電流效率及電能消耗的限制。當(dāng)溶液中有一定的錳離子時(shí)，可以阻止陽極腐蝕，抑制氯的有害作用，減少PbO?移向陰極的數(shù)量，從而減少進(jìn)入溶液及包裹在析出鋅中的鉛含量。在不降低電流效率的條件下，電解液中含適量鈷，可降低陽極電勢(shì)，阻止陽極鉛的腐蝕。
(2)陽極鍍膜。通過陽極鍍膜，保護(hù)陽極不易被腐蝕。
(3)使用特殊添加劑。加入適量的碳酸鍶，一般為每噸鋅0.5～2kg。在電解液中，碳酸鍶或轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛雀〉牧蛩徭J，由于硫酸鍶與硫酸鉛晶格大小相近，從而形成共晶沉淀。也可以用硫酸鋇代替碳酸鍶，其用量為碳酸鍶的1~1.5倍。
(4)定期洗刷陽極。隨著電積時(shí)間的延長(zhǎng)，陽極板上黏附的陽極泥厚度增加，為了避免其脫落造成電解液中陽極泥懸浮量增加，一般需定期洗刷陽極板。
(5)定期清槽。為了避免電解槽內(nèi)陽極泥過多而漂浮于電解槽中，一般30～40天清洗電解槽一次。
(6)保證供電溫度，加強(qiáng)鑄型管理。由于陽極面積電流的波動(dòng)易引起陽極膜疏松而脫硫，因此應(yīng)保證供電穩(wěn)定;熔鑄時(shí)，將含鉛較高的碎片、飛邊及樹枝狀結(jié)晶與整片清潔鋅片分開熔鑄。
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