» » Электролиз цинка
06.05.2015

Электролиз — завершающая стадия гидрометаллургического производства цинка Показатели электролиза в значительной мере зависят от качества выполнения предыдущих операций: обжига концентратов, выщелачивания огарка и очистки растворов от примесей.
Очищенный нейтральный раствор сульфата цинка с содержанием последнего 100—150 г/л непрерывно подается в электролитные ванны со свинцовыми анодами и алюминиевыми катодами. При прохождении через ванны постоянного тока на катодах осаждается металлический цинк, а на анодах выделяется кислород и регенерируется серная кислота. В ходе электролиза раствор обедняется цинком и обогащается серной кислотой. Отработанный раствор (электролит), содержащий цинка 40—60 г/л и серной кислоты 100—150 г/л, непрерывно отводится из ванн и поступает на выщелачивание огарка. Через каждые 24 час. (значительно реже — через 48 час.) катоды вынимают из ванн, цинк в виде листов сдирают с них и направляют на переплавку. По содержанию примесей катодный цинк близок к чушковому металлу.
Теоретические основы электроосаждения цинка

В общем виде электроосаждение цинка из чистого сульфатного раствора может быть представлено уравнением
Электролиз цинка

В действительности процесс электролиза много сложнее. На катоде и аноде протекают электрохимические реакции, связанные с разрядом катионов и анионов. Рассмотрим отдельно катодный и анодный процессы, приняв для упрощения, что цинковый раствор He содержит ионов других металлов.
Катодный процесс. На катоде могут разряжаться положительно заряженные ионы цинка и водорода:
Электролиз цинка

Как известно нормальный потенциал цинка равен — 0,763 в, а водорода +0,000 в, т. е. EH2>EZn. Согласно ряду напряжений, на катоде должен идти процесс (2). Однако в практических условиях электролиза на катоде осаждается преимущественно цинк и затраты электроэнергии на выделение водорода не превышают 10—12% общего расхода. Объясняется это высоким перенапряжением разряда ионов водорода, благодаря которому потенциал его делается в определенных условиях отрицательнее потенциала цинка, т.е. EZn становится больше EН2. Степень перенапряжения водорода зависит от материала катода, плотности тока, состояния катодной поверхности, температуры, концентрации ионов водорода и других ионов в электролите, а также в присутствии в растворе коллоидов. Так, перенапряжение водорода на различных металлах (при катодной плотности тока 500 а/м2) составляет, в:
Электролиз цинка

С повышением плотности тока перенапряжение водорода на цинке, как и на других металлах, возрастает. Существует линейная зависимость между величиной перенапряжения водорода и логарифмом плотности тока, которая выражается уравнением
η = a + b ln i.

Значение констант а и b равно соответственно 1,24 и 0,118 в. В.В. Стендером и А.Г. Печерской определены следующие величины перенапряжения водорода при различных плотностях тока:
Электролиз цинка

Из приведенных данных становится понятным, почему в практике электролиза стремятся к работе на повышенных плотностях тока.
На шероховатой катодной поверхности вследствие уменьшения истинной плотности тока перенапряжение водорода понижается. Этим объясняется необходимость получения на катодах по возможности гладкого цинкового осадка.
Увеличение температуры электролита влечет за собой снижение перенапряжения водорода на цинке, что видно из следующих данных, полученных при плотности тока 500 а/м2:
Электролиз цинка

С повышением концентрации водородных ионов, т.е. с увеличением кислотности электролита, перенапряжение водорода уменьшается, так как абсолютный потенциал его растет.
Добавление коллоидов в электролит увеличивает перенапряжение водорода, но до известного предела, так как чрезмерная концентрация в растворе поверхностно активных веществ действует в обратном направлении.
Присутствие в растворе ионов других металлов, на которых перенапряжение водорода меньше, чем на цинке, приводит к разряду ионов водорода и выделению его на катоде.
Выделение водорода на катоде — сложный процесс, включающий дегидратацию ионов гидроксония (H3O), разряд дегидратированного иона на катоде, объединение атомов водорода в молекулы и десорбцию молекул водорода. Явление перенапряжения водорода вызывается за медленным разрядом дегидратированных ионов.
Процесс осаждения цинка состоит из трех стадий разряд ионов на катоде, внедрение атомов цинка в кристаллическую решетку алюминия, пополнение убыли ионов в прикатодном слое. Стадия разряда ионов протекает практически мгновенно. Поэтому снижение потенциала разряда цинка, или, иначе, явление поляризации, объясняется замедлением второй и особенно третьей стадий в рабочих условиях электролиза (по некоторым воззрениям, однако, поляризация вызывается также замедленным разрядом ионов цинка на катоде). Причинами так называемой концентрационной поляризации могут быть повышенная плотность тока, низкая температура электролита и присутствие в растворе поверхностно активных веществ.
Для получения высоких технико-экономических показателей электролиза учитываются факторы, способствующие повышению перенапряжения водорода и снижению поляризации цинка.
Анодный процесс. На свинцовом аноде в чистом электролите наблюдаются следующие процессы:
Электролиз цинка

По реакции (1) происходит разряд ионов ОН с одновременным выделением молекулярного кислорода и повышением концентрации водородных ионов (процесс регенерации серной кислоты). Кислород также обладает некоторым перенапряжением при выделении на аноде. По литературным данным, перенапряжение кислорода на свинце составляет 0,3 в. В отличие от перенапряжения водорода это явление нежелательно, так как оно увеличивает расход электроэнергии на электролиз.
Реакция (2) имеет существенное значение для стойкости свинцовых анодов и качества катодного осадка. Она объясняет частичное растворение «нерастворимого» свинцового анода и переход в раствор ионов свинца Процесс растворения свинца замедляется образованием на аноде твердой пленки перекиси PbO2, Этому способствует также низкая температура электролита и присутствие в растворе ионов марганца. Стойкость свинцовых анодов повышается присадкой к свинцу серебра (1 %) и .некоторых других металлов.
Выход по току и напряжение на ванне

Один из важнейших на практике показателей эффективности процесса электролиза — расход электроэнергии на тонну катодного цинка, является функцией выхода по току и напряжения на ванне и рассчитывается по формуле
Электролиз цинка

где N — удальный расход электроэнергии, квт*ч/т,
v — напряжение на ванне, в;
η — выход цинка по току, %;
а — электрохимический эквивалент (для цинка 1,2193 г/а*ч).
Под коэффициентом полезного использования тока, или выходом цинка по току, подразумевается выраженное в процентах отношение фактически осажденного металла к теоретическому количеству, рассчитанному по закону Фарадея Теоретический расход электроэнергии получается при выходе по току 100% и напряжении разложения сульфата цинка 2,45 в:
Электролиз цинка

В производственных условиях выход по току не превышает 88—93%, а напряжение на ванне достигает 3,3—3,6 в, вследствие чего фактически расход электроэнергии колеблется в пределах 3000—3300 квт*ч/т.
На выход по току влияют содержание примесей в растворе, плотность тока, кислотность, температура и скорость циркуляции электролита, а также коллоидные добавки.
Сопротивление ванны слагается из сопротивлений электролита, анода, катода и переходных контактов. В балансе падения напряжения на зажимах электролитной ванны на долю напряжения разложения сульфата цинка приходится 65—70%, поляризации электродов 20—25% и сопротивления ванны 8—10%.
Напряжение на ванне зависит от плотности тока, температуры и кислотности электролита, коллоидных добавок, расстояния между электродами, состояния поверхности контактов, концентрации цинка и щелочноземельных металлов в электролите и других факторов.
Состав электролита

Химический состав электролита, из которого осуществляется электроосаждение цинка, определяется в основном составом исходного нейтрального очищенного раствора и кислотным режимом электролиза. Для процесса электроосаждения цинка большое значение имеют не только концентрация пинка в электролите, но и содержание примесей в нейтральном растворе.
Электролиз протекает обычно в электролите с концентрацией цинка 40—60 г/л. При меньших содержаниях (ниже 40 г/л) выход цинка по току из-за концентрационной поляризации резко снижается. Повышение же концентрации сверх 60 г/л экономически невыгодно, так как не дает большой экономии электроэнергии, но снижает степень использования раствора (съем цинка с 1 м3 раствора).
Концентрацию цинка в нейтральном растворе поддерживают максимально допустимой по условиям отстаивания пульпы. Наиболее выгодное содержание цинка находится в пределах 140—160 г/л.
Медь, кадмий и свинец как металлы более электроположительные, чем цинк, осаждаются на катоде в первую очередь, ухудшая качество осадка. В очищенном растворе не должно присутствовать более 0,3—0,5 мг/л меди и 1—5 мг/л кадмия. При больших содержаниях этих металлов снижается выход по току и ухудшается качество катодного цинка. Свинец попадает в электролит с нейтральным раствором и в результате растворения свинца анодов.
Железо является также нежелательной примесью в электролите, так как обладая переменной валентностью, оно окисляется на аноде и восстанавливается на катоде, увеличивая тем самым расход электроэнергии. Незначительная доля железа осаждается вместе с цинком на катоде, что приводит к загрязнению металла. На некоторых современных цинковых заводах растворы очищают от железа практически нацело. Обычно содержание железа составляет 20—30 мг/л.
В небольших количествах (1—3 г/л) марганец необходим для образования на аноде пленки MnO2, препятствующей переходу свинца в раствор. Однако при значительной концентрации марганца выход по току несколько снижается и, кроме того, увеличивается нежелательное накопление марганцевого шлама в ваннах. На некоторых заводах концентрация марганца в растворе достигает 15—17 г/л. На катоде марганец не осаждается.
Мышьяк вреден для электролиза, так как снижает выход по току. Предельно допустимая концентрация мышьяка в нейтральном растворе составляет 0,05—0,1 мг/л в зависимости от присутствия других примесей.
Сурьма — одна из самых вредных примесей. При очистке раствора стремятся снизить концентрацию сурьмы до 0,02—0,05 мг/л и ниже. Сурьма резко снижает выход по току и легко обнаруживается по характерным желобчатым полосам на поверхности катодного цинка, особенно в местах с пониженной плотностью тока (края катода). Действие сурьмы усиливается в присутствии кобальта. Замечено также, что с новыми анодами вредное влияние сурьмы проявляется сильнее. В практике электролиза выявлены не только отрицательные, но и положительные свойства некоторых растворимых солей сурьмы. Так, с целью улучшения сдирки цинка и повышения выхода по току на ряде отечественных заводов в электролитные ванны вводят небольшое количество растворимой соли сурьмы. Механизм положительного действия добавок сурьмы еще не выяснен.
Кобальт и никель вызывают усиленную коррозию цинкового осадка, проявляющуюся в образовании сквозных отверстий и каверн нa поверхности цинка, прилегающей к алюминиевому листу (никель дает более крупные отверстия). Содержание кобальта в электролите рекомендуется иметь не выше 3—5 мг/л, а никеля 1—2 мг/л, хотя на некоторых заводах концентрация кобальта и доходит до 10—12 мг/л. Повышенное содержание кобальта и никеля приводит к резкому уменьшению выхода по току и заставляет снижать кислотность электролита.
Германий так же вреден, как и сурьма Незначительные количества германия в растворе (менее 0,1 мг/л) вызывают снижение выхода по току. В присутствии кобальта активность германия увеличивается.
Таллий, галлий и индий заметно не влияют на показатели электролиза Таллий осаждается вместе с катодным цинком.
Селен и теллур, даже при малых концентрациях, менее 1 мг/л, резко снижают выход по току.
Присутствие в электролите олова вредно отражается на коэффициенте использования тока. Несмотря на получение гладких блестящих осадков цинка, выход по току при содержании олова в растворе более 2 мг/л сильно снижается.
Калий, натрий, магний и кальций увеличивают сопротивление электролита и повышают расход электроэнергии. Сульфат кальция в виде плотного осадка иногда выпадает на стенках электролитных ванн. Много гипса выпадает в аппаратуре и коммуникациях установок для централизованного охлаждения электролита. Отрицательное влияние примесей значительно усиливается при их совместном присутствии.
Вредное влияние хлора и фтора проявляется в разрушении свинцовых и алюминиевых катодов. Фтор, кроме того, вызывает срастание цинкового осадка с алюминиевым листом.
Помимо указанных примесей, в электролите иногда присутствуют органические соединения, остающиеся в растворе после очистки от кобальта и случайно попадающие в процесс. Все они вредно влияют на выход по току.
Кислотность электролита. В процессе электролиза на каждый грамм высаженного цинка регенерируется округленно 1,5 г H2SO4. Если в ванну не добавлять свежего нейтрального раствора, кислотность электролита может подняться до величины, при которой начнется растворение осадка цинка на катодах. На практике содержание кислоты в электролите поддерживают на постоянном оптимальном уровне путем регулирования скорости подачи в ванны свежего нейтрального раствора сульфата цинка. На многих заводах электролиз осуществляется при кислотности 90—100 г/л. Однако все большее чисто предприятий переходит на работу с кислотностью 140—160 г/л. Один из заводов США (в Келлоге) работает на высококислотном режиме (280—300 г/л H2SO4).
При возрастании кислотности уменьшается сопротивление электролита, снижается напряжение на ванне, повышается чистота осажденного цинка, а его поверхность на катодах получается ровной, без шишек и дендритов. При работе с высокой кислотностью из единицы объема раствора высаживается много цинка, что приводит к сокращению объема циркулирующих растворов и способствует увеличению пропускной способности аппаратуры цеха выщелачивания.
Вместе с тем при повышенной кислотности электролита усиливается вредное действие примесей, ускоряется коррозия цинка в серной кислоте и понижается перенапряжение водорода. Чем чище исходный раствор сульфата цинка, тем более высокую кислотность электролита можно допускать при электролизе.
Температура электролита. Процесс электролита протекает с выделением тепла. Без применения специального охлаждения электролита температура в ванне при плотности тока 500 а/м2 может подняться до 80° и более. При такой температуре электролиз цинка невозможен вследствие активизации действия примесей и усиления коррозии катодного осадка. Повышенная температура способствует также растворению свинцовых анодов и загрязнению цинка свинцом. В то же время с повышением температуры уменьшается сопротивление электролита и снижается напряжение на ванне. Чаще всего температуру электролита в ваннах поддерживают на уровне 30—36°, более высокая температура допускается только при очень чистом электролите Электролит в ваннах обычно охлаждают водой с помощью погруженных в электролит алюминиевых или свинцовых змеевиков. Реже электролит охлаждают в ящиках со змеевиками, либо в градирнях (централизованное охлаждение). Последняя система предполагает обязательное применение усиленной многократной циркуляции электролита через ванны.
Перемешивание электролита в ваннах

Перемешивание электролита необходимо для выравнивания концентрации цинка в электролите и уменьшения тем самым концентрационной поляризации. При повышенных плотностях тока (более 400 а/м2) требуется усиленное перемешивание электролита, что достигается двумя путями: ускорением циркуляции электролита через ванны за счет подачи в них наряду с нейтральным раствором отработанного электролита и созданием в межэлектродном пространстве турбулентного движения электролита под действием выделяющихся на электродах водорода и кислорода. На практике часто применяют оба способа одновременно.
Скорость обычной циркуляции электролита через ванну, зависящая от активной поверхности катодов и плотности тока, составляет 3—5 л/мин. При централизованном охлаждении с многократной циркуляцией электролита скорость прохождения электролита через ванны возрастает в 6—10 раз. При малых расстояниях между электродами и низком содержании цинка в кислом электролите усиленная циркуляция особенно полезна.
Проведенные Вниицветметом в промышленном масштабе исследования усиленной циркуляции электролита показали возможность увеличения выхода по току на 0,5—1,0% и некоторого снижения напряжения на ваннах.
Плотность тока

Плотность тока, выражаемая в амперах на единицу поверхности электродов, является важным параметром электролиза. Для возникновения процесса электроосаждения цинка необходима минимальная, так называемая критическая плотность тока. Дальнейшее повышение плотности тока сопровождается возрастанием перенапряжения водорода, ослаблением влияния вредных примесей и улучшением структуры катодного осадка. По достижении определенного значения силы тока в цепи ванн начинают сказываться отрицательные проявления чрезмерного увеличения плотности тока: резко возрастает расход электроэнергии из-за увеличения напряжения на ванне, усиливается концентрационная поляризация цинка, снижается выход по току и ухудшается структура катодного осадка.
Каждой плотности тока соответствует определенная оптимальная кислотность электролита. В мировой практике электролиз осуществляется при следующих значениях плотности тока на катоде: 300—450 а/м2 при кислотности электролита 90 HO г/л H2SO4, 600—700 а/м2 при кислотности 150—170 г/л H2SO4 и 1000 а/м2 при кислотности 280—300 г/л H2SO4.
Коллоидные добавки

Плотная мелкокристаллическая структура и гладкая поверхность катодного цинка способствуют достижению хороших технико-экономических показателей электролиза. При гладкой поверхности выше перенапряжение водорода и меньше возможностей для образования коротких замыканий. Плотная мелкокристаллическая структура катодного осадка отвечает металлу высокого качества и уменьшает дроссообразование при переплавке катодного цинка.
С целью придания катодному осадку цинка указанных свойств стремятся проводить электролиз в оптимальном режиме и применяют коллоидные добавки, столярный клей, желатин, гуммиарабик, жидкое стекло и др. На отечественных заводах добавляют только клей в количестве 200—400 г на 1 т цинка, Коллоиды увеличивают перенапряжение водорода, уменьшают дендритообразование и парализуют вредное влияние некоторых примесей. В присутствии окислителей коллоиды разрушаются. Существует несколько воззрений, объясняющих действие поверхностно активных веществ. Наиболее распространенные из них основываются на явлении адсорбции коллоидов на выступающих гранях кристаллов цинка, препятствующих росту дендритов и шишек.
Оборудование электролитных цехов

Технико-экономические показатели при электролизе растворов сульфата цинка зависят не только от режима, но и от аппаратурного оформления процесса. Большое значение имеют конструкция ванн, анодов. катодов и коммутация тока.
В промышленности применяются три типа ванн: деревянные, железобетонные и стальные. Широко распространены деревянные ванны. Стоимость их невелика, а изготовление и ремонт не представляют затруднении. Срок службы ванн из сосны, футерованных свинцом или винипластом, 8—10 лет. Размеры ванн: ширина 750—900 мм, длина 2100—3000 мм, глубина 1100—1400 мм К недостаткам деревянных ванн следует отнести возможность усадки, коробления, огнеопасность и относительно малый срок службы.
На заводе «Укрцинк» установлены стальные ванны, футерованные кислотоупорным кирпичом Как показала практика, стальные ванны не обладают преимуществами перед деревянными. Они быстрее разрушаются кислым электролитом, небезопасны в обслуживании, требуют более надежной футеровки и тщательной защиты от коррозии наружной поверхности Размеры стальных ванн такие же, как и деревянных.
В последние годы на отечественных цинковых заводах получают распространение железобетонные ванны, футерованные винипластом. Железобетонная ванна не дает усадки, несгораема, допускает индивидуальное изготовление и установку, имеет большой срок службы (15 лет). Эти ванны изготовляются из обычного армированного бетона с толщиной стенок 80—100 мм. Железобетонные ванны Усть-Каменогорского цинкового завода имеют отверстия в днище с клапаном для выпуска марганцевого шлама.
Наибольшим распространением в практике цинковых заводов пользуются ванны, изготовленные из обычного железобетона или дерева. В единичных случаях (заводы Флин-Флон, «Укрцинк») ванны выполнены из асфальто-бетона (продорита) и стали.
Ванны футеруются кислотостойкими материалами: рольным свинцом, винипластом или керамической плиткой. Наиболее надежна свинцовая футеровка, хотя она и требует периодической замены через 3—4 года. Винипласт легко дает трещины, которые трудно обнаружить при ремонте. Керамическая футеровка занимает большой объем.
Аноды должны обладать минимальной растворимостью в серной кислоте под действием электрического тока, высокой электропроводностью и быть удобными в эксплуатации. Таким условиям отвечают аноды из свинца. Они практически не растворимы в серной кислоте, имеют достаточную электропроводность, просты в изготовлении и удобны для обслуживания. Анод состоит из свинцового полотна толщиной 5—10 мм и медной освинцованной штанги. Один конец штанги фрезеруется под контакт. Площадь рабочей поверхности анода (с двух сторон) составляет 1,0—1,25 M2. Примерные размеры анодного полотна 1000х600х6 мм, штанги 940x40x14 мм. Вес анода 45—60 кг. Для отливки анодных листов применяют свинец высших марок: СЭ и CO.
Заводы России перешли на изготовление анодов из сплава свинца с 1 % серебра. Свинцовосеребрянные аноды обладают высокой устойчивостью в серной кислоте, повышенной жесткостью и обеспечивают нужное качество катодного цинка. Срок службы таких анодов достигает 2—3 лет.
Уменьшение напряжения на ваннах и увеличение их производительности достигается максимальным сближением электродов. На современных заводах расстояние между центрами анодов не превышает 56—60 мм, при этом в ванне размещается 28—32 анода. Во избежание коротких замыканий между катодами и анодами свинцовые аноды снабжены резиновыми ограничителями или винипластовыми изоляторами. Последние закрепляются на боковых кромках анодов и создают частично замкнутое пространство вокруг катода, что способствует усиленной циркуляции электролита в межэлектродном пространства. Конструкция анода с винипластовыми изоляторами показана на рис. 48.
Изношенные анодные полотна отрезают и переплавляют. Новые полотна из свинцово-серебрянного сплава припаивают к освинцованным штангам водородной сваркой.
Электролиз цинка

Катоды состоят из листа и штанги с контактом. Лист и штанги изготовляют из алюминия, а контакт — из меди. Размер катодов несколько превышает размеры анодов, что позволяет свести к минимуму дендритообразование по краям катодов. Для изготовления катодов применяют твердоканатный нагартованный листовой алюминий высших марок толщиной 4—5 мм. Катодные штанги штампуют из алюминиевого проката Т-образного сечения 70x20 мм. Большое значение имеет качество выполнения медного контакта. При хорошем болтовом креплении контакта переходное сопротивление его не превышает 3—5 мв, а в приваренном 1—2 мв. Для предупреждения зарастания цинком кромок катода, вызывающего затруднения при сдирке катодного осадка, на края алюминиевого листа надевают резиновые планки. Срок службы катодов 8—10 месяцев. Вышедший из строя лист отрезают вблизи штанги и к ней приваривают новое алюминиевое полотно. Обычные в России размеры катодов 1100х660х4 мм и площадь рабочей поверхности 1,2—1,3 м2. Число установленных в ванне катодов на единицу меньше числа анодов. Конструкция катода видна из рис. 49.
Коммутация тока. Цинковая электролитная ванна в электротехническом отношении имеет некоторые особенности. Через нее пропускается ток большой силы (20000 а и выше) при низком напряжении (3,3—3,6 в). В соответствии с этим рассчитываются и проектируются преобразовательные подстанции и шинопроводы для питания ванн постоянным током. В качестве источников последнего на старых заводах применяют мотор-генераторы, а на более новых — ртутные и контактные выпрямители. В последнее время получают распространение полупроводниковые выпрямители, имеющие наиболее высокий к. п. д.
Электролиз цинка

Электролитные ванны соединены последовательно в серии. Число ванн в серии зависит от напряжения тока на зажимах выпрямителя и составляет при номинальном напряжении 600 в 160—168, а при 800 в 200—225. Электроды в ванне включены в цепь параллельно. Через каждый катод проходит ток силой 500—700 а. Каждая серия ванн разделена на группы (ряды). В группе насчитывается 20—27 ванн.
Коммутация тока осуществлена ошиновкой двух видов: межгрупповой и межванной. Группы соединены пакетами медных или алюминиевых шин, рассчитанных на прохождение максимальной силы тока. От ванны к ванне ток передается различными способами: путем непосредственного контакта анодных и катодных штанг, через промежуточною бортовую шину треугольного сечения, рассчитанную на силу тока, проходящего через один электрод, и шинными перемычками, рассчитанными на всю силу тока в цепи ванн. Первые два способа используются на заводах России и характеризуются минимальным расходом меди, последний распространен на зарубежных заводах и создает большие удобства в обслуживании ванн. Однако при нагрузке на серии, превышающей 20000 а, межванные шинные перемычки становятся чрезмерно массивными и конструктивно трудно выполнимыми. Установка электродов в ванне без промежуточных шин показана на рис. 50.
Электролитные цехи оборудованы насосами для перекачки нейтрального и кислого электролита, подъемниками для катодов, машинами для чистки катодов и другой вспомогательной аппаратурой.
Практика ведения процесса электролиза

Работа по обслуживанию электролитных ванн слагается из трек основных операций: наблюдения за режимом электролиза, сдирки катодного цинка и отключения ванн на чистку и ремонт. Первая операция выполняется дежурными по электролизу, на обязанности которых лежит поддержание заданного кислотного и температурного режимов, добавка коллоидов, а также устранение коротких замыканий между электродами.
Постоянное содержание серной кислоты в электролите поддерживается путем регулирования подачи нейтрального раствора или смеси его с отработанным электролитом (при усиленной циркуляции). Нейтральный раствор подается в цех из сборных емкостей и распределяется между группами ванн по желобам или трубам Против каждой ванны имеется шланговый отвод с винтовым зажимом, через который раствор поступает в ванну. Отработанный кислый электролит переливается из ванны в сборный желоб и отводится в цех выщелачивания. Так как измерение кислотности раствора титрованием отнимает много времени, дежурные по электролизу пользуются ареометрами, посредством которых можно с точностью до ±2 г/л регулировать кислотность электролита в ваннах по удельному весу раствора.
Заданную температуру электролита выдерживают путем изменения количества холодной воды, поступающей в змеевики.
При усиленной циркуляции и централизованном охлаждении электролита операции регулирования кислотного и температурного режима могут быть совмещены и автоматизированы. При десятикратной циркуляции электролита изменение скорости поступления раствора в ванны на 10% вызывает изменение кислотности раствора всего на 1—1,5 г/л, а температуры на 0,5—1,0°, что вполне допустимо.
Выемку катодов из ванн и сдирку цинка производят чаще всего через 24 часа. Цинковые листы с катодов сдирают у ванн или на отдельных площадках. После очистки полотен и контактов катоды вновь устанавливают в ванны. Периодически, через 10—12 дней, поверхность катодов очищают на катодоочистительных машинах (рис. 51). Сдирку цинка проводят без выключения ванн и преимущественно в дневную смену.
Электролиз цинка

До последнего времени на заводах эпизодически наблюдалась трудная сдирка цинка, вызываемая срастанием цинка с алюминиевым катодом. Причины трудной сдирки кроются как в загрязнении раствора примесями (фтор и др ), так и в шероховатости поверхности полотна алюминиевого катода. На отечественных заводах удается предупреждать затруднения при сдирке путем введения в электролит соединений сурьмы. При высоком качестве растворов, регулярной чистке и шлифовке катодов явление трудной сдирки обычно не возникает.
С течением времени на поверхности анодов образуется корка из марганцевого шлама, состоящего в основном из MnO2. Часть шлама падает с анодов и накапливается на дне ванны. Для удаления из ванн шлама и ремонта футеровки несколько электролитных ванн периодически по графику останавливаются на чистку. Отключение ванн при отсутствии шин между ними производят с помощью набора медных перемычек, заменяющих штанги вынутых анодов и катодов. После выемки электродов раствор отсифонивают, а шлам выгребают черпаками. На заводе «Электроцинк» внедрен механический способ очистки ванн с помощью насосов На Усть-Каменогорском цинковом заводе шлам выпускают через донные отверстия по желобам Марганцевый шлам используется в цехе выщелачивания как окислитель.
Переплавка катодного цинка

Получаемые при электролизе листы катодного цинка отвечают по химическому составу техническим условиям ГОСТ, но неудобны для транспортировки и использования Общесоюзный стандарт предусматривает выпуск цинка в виде чушек определенной формы и веса (рис. 52)
Чушковый металл получается переплавкой катодного цинка. Жидкий цинк разливают в изложницы. При переплавке добавляют хлористый аммоний, который растворяет пленку окиси цинка на металлических корольках, способствуя тем самым уменьшению дроссообразования и увеличению выхода чушкового цинка.
Электролиз цинка

Для переплавки катодного цинка широко применяют электрические индукционные низкочастотные печи. Плавка в пламенных отражательных печах имеет ряд существенных недостатков и поэтому отходит в прошлое. Преимущества электроплавильных печей по сравнению с отражательными заключаются в более высоком выходе чушкового металла, продолжительном сроке службы, простоте обслуживания и лучших условиях труда, возможности автоматизации процесса и меньшем расходе огнеупорных материалов.
Конструкция индукционной печи представлена на рис. 53. Основной элемент ее — печной трансформатор, состоит из медной первичной катушки и железного сердечника; роль вторичной обмотки трансформатора выполняет цинковое кольцо. В зависимости от подаваемого напряжения катушка выполняется на 40 или 80 витков из меди прямоугольного сечения. Внутри катушки и по сторонам цинкового кольца расположены элементы сердечника из трансформаторного железа. Цинковое кольцо посте расплавления образует в футеровке трансформатора канал, сообщающийся с ванной печи и заполненный все время жидким металлом. В канале трансформируется ток большой силы при низком напряжении, под действием которого нагревается расплавленный цинк.
Печь заключена в металлический прямоугольный кожух из листовой стали толщиной 10—12 мм, длиной 4 м, шириной и высотой 2 м.
Электролиз цинка

Печь и трансформаторы футерованы набивной огнеупорной массой, состоящей из 70 частей обожженной, 20 частей пластичной глины и 10 частей каолина. Внутри печь разделена огнеупорной перегородкой на плавильное и зумпфовое отделения. В первом происходит расплавление катодного цинка и осуществляется снятие дроссов, а из второго чистый металл разливается в изложницы.
Емкость ванны электропечей составляет 15—20 т цинка. Мощность всех трансформаторов достигает 550 квт. Производительность печей колеблется в пределах 75—110 т цинка в сутки. Запроектировано и начато изготовление печи на суточную производительность 200—300 т. Описание особенностей обслуживания электропечей имеется в литера туре.
Цинк загружают через вертикальную коробку в крышке печи пачками вручную или с помощью крана На Усть-Каменогорском комбинате сконструировано и освоено автоматически действующее загрузочное устройство. Листы цинка в плавильном пространстве погружаются в расплавленную ванну с температурой около 500°. При расплавлении образуются дроссы — смесь окиси цинка с металлическими частицами. Дроссы периодически после перемешивания с хлористым аммонием снимают с поверхности ванны и направляют на переработку. Жидкий цинк через отверстие в перегородке поступает в зумпфовое отделение и затем разливается в изложницы. Температуру ванны поддерживают за счет циркуляции цинка между плавильным пространством и кольцевыми каналами печных трансформаторов. Проходя через канал, цинк нагревается до 800—900° и выталкивается из него в печь.
Разлив цинка производится ложкой вручную в стационарные водоохлаждаемые изложницы или в изложницы карусельной машины. На Усть Каменогорском и Челябинском цинковых заводах работают автоматические карусельные машины конструкции И.И. Котова. На заводе «Электроцинк» осваивается прямолинейная автоматическая машина конструкции Казгипроцветмета. В настоящее время на большинстве отечественных цинковых заводов разлив цинка осуществляется на автоматических машинах без применения тяжелого ручного труда.
На тонну чушкового металла расходуется 100—120 квт*ч электроэнергии. Выход цинка в чушковый металл составляет 97,5—98,0%
Электролитные заводы России выпускают чушковый цинк, соответствующий по ГОСТ марке Ц0. Незначительная часть цинка отвечает по качеству маркам ЦВ и Ц1.