Основные пути совершенствования электролиза цинка

Основным и главным направлением улучшения всех без исключения технико-экономических показателей про­цесса электроосаждения цинка остается повышение чис­тоты нейтрального раствора. Для этого необходимо со­вершенствовать методы очистки цинковых растворов от примесей, добиваться, чтобы, кроме цинка и марганца, концентрация других примесей не превышала десятых и сотых долей миллиграммов на литр. Электролиз раство­ров после глубокой очистки от примесей не только поз­воляет расходовать минимальное количество электро­энергии на 1 т катодного цинка, но и обеспечивает вы­сокий выход по току, высокое качество металла, лучшие санитарно-гигиенические условия труда для обслужива­ющего персонала и даст возможность механизировать сдирку цинка.

Вторым по важности направлением является совер­шенствование конструкции электролизных ванн с целью увеличения их производительности. Как показывает практика последних двух десятилетий, повышение про­изводительности ванн осуществляется главным образом не путем увеличения плотности тока, а за счет примене­ния более глубоких ванн с электродами увеличенных размеров. В этом случае при сохранении оптимальной плотности тока резко (в 1,5-2 раза) возрастает выдача цинка с одной ванны. Корпуса ванн следует изготавли­вать из прогрессивных коррозионностойких материалов типа полимербетона,не требующих футеровки.

Совершенствование конструкции анодов должно идти попути создания износостойкого сплава, снижающего коррозию анодов и уменьшающего загрязнение катодно­го цинка свинцом и другими примесями. Целесообразна также замена серебра в свинцовосеребряном сплаве пол­ностью или частично другими, более дешевыми легиру­ющими добавками. Конструкция катодов может быть улучшена за счет повышения жесткости алюминиевого полотна и совершенствования штанги исе контакта. Кроме того, конструкция катодов и анодов должна предусматривать возможность их механизированной выем­ки, транспортировки, сдирки цинка и очистки анодов от шлама.

Как уже упоминалось выше, б 70-х годах за рубежом с целью повышения производительности труда намети­лась тенденция к снижению плотности тока с одновре­менным увеличением периода электроосаждения цинка с 24 до 48 и 72 ч. Понятно, что осуществить двух- и трех­суточный электролиз с высокими показателями можно лишь при очень чистых цинковых растворах.

Увеличение геометрических размеров ванн, анодов и катодов так же, как и двух- и трехсуточное наращивание катодного осадка, реально осуществимо только при ме­ханизации процесса сдирки цинка. Поэтому внедрение механизации в цехах электролиза является также одним из основных направлений его совершенствования.

Следующим важным направлением улучшения тех­нико-экономических показателей электролиза является переход на централизованную систему охлаждения с уси­ленной циркуляцией электролита. Причем сам метод ох­лаждения должен исключать расход пара и воды и ка­кие-либо вредные выбросы в воздушный и водный бас­сейны. Таким требованиям отвечает способ воздушного охлаждения электролита в высокопроизводительных ап­паратах.

Логическим завершением описанных выше направле­ний совершенствования электролиза будет переход на автоматизированное управление процессом электролиза с помощью ЭВМ. Подготовка к этому может осуществ­ляться путем автоматизации контроля и управления та­кими параметрами электролиза, как кислотность и тем­пература электролита, дозировка коллоидных добавок.

Одним из возможных направлений развития процес­са электроосаждения цинка является применение так называемых нестационарных токов. Как уже указыва­лось выше, мировая практика с целью повышения про­изводительности ванн пошла по пути увеличения гео­метрических размеров электролизеров, а не по пути рос­та плотности тока. Объясняется это тем, что увеличение плотности стандартного постоянного тока выше опреде­ленного предела резко ухудшает показатели электро­лиза.

В связи с этим для интенсификации электролиза пу­тем увеличения плотности тока рядом научных организаций в Советском Союзе и за рубежом разрабатывает­ся способ электроосаждения цинка с применением ре­версивного и импульсного токов. Исследованиями реверсивного тока в применении к электролизу цинка за­нимаются советские и зарубежные ученые, в частности болгарские. Результаты их научных разработок описа­ны в литературе. Кратко они сводятся к следующему.

В процессе электролиза электрический ток в опреде­ленный период времени (более продолжительный) пода­ют на ванны в одном направлении. Затем на короткое время (секунды) направление тока меняют на обратное. В результате структура катодного цинка значительно улучшается, в связи с чем появляется возможность по­высить плотность тока и соответственно производитель­ность электролизных ванн. По данным болгарских уче­ных, показатели электролиза изменяются следующим образом:

На Лениногорском цинковом заводе в промышлен­ном масштабе был испытан электролиз на импульсном (прерывистом) токе, при котором подачу тока на ванны через определенные промежутки времени прекращают. Результаты испытаний приводятся ниже:

Испытания показали, что осадок цинка получается мелкокристаллический с очень гладкой поверхностью, благодаря чему при электролизе поддерживается высокая плотность тока, перенапряжение водорода повыша­ется, а коррозия цинка уменьшается.

Из сопоставления результатов испытаний на ревер­сивном и прерывистом токе видно, что расход электро­энергии па 1 т цинка при реверсивном токе выше, чем при импульсном (прерывистом). Однако окончательные выводы о преимуществах того или иного способа мож­но будет сделать только после длительных промышлен­ных испытаний и в результате практического их приме­нения на цинковых заводах.