(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010441589.4
(22)申请日 2020.05.22
(71)申请人 西北矿冶研究院
地址 730900 甘肃省白银市人民路19号
(72)发明人 姚夏妍 马菲菲 后洁琼 王源瑞
牛永胜 刘静静 鲁兴武 程亮
李俞良 李银丽
(74)专利代理机构 兰州中科华西专利代理有限
公司 62002
代理人 李实军
(51)Int.Cl.
C25C 1/16(2006.01)
C25C 7/06(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明一种优化锌电积工艺的方法，利用磁
场产生的洛伦兹力适度减薄Zn 2+和其他正负离
子的化学水化层厚度，减小水分子簇的大小；接
化学水化层厚度，减小水分子簇的大小，增加H +、
Mn 2+、Cu 2+、Fe 2+、Fe 3+、Ge 4+、Ni 2+、Co 2+、Ca 2+、Mg 2+等
电压降，增加H +的超电压，减少硫酸钙和硫酸镁
明可在不加额外化学试剂的前提下改善电积锌
的质量，阻碍阳极腐蚀，
达到节能降耗的目的。权利要求书1页 说明书4页CN 111676490 A 2020.09.18
C N 111676490
A
1.一种优化锌电积工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：测量电积液中Zn 2+、H 2SO 4和其他杂质离子的浓度，将磁化装置连接在电解槽的进液管处，电解液经过磁化装置首先受到洛伦兹力的作用，然后受到磁场梯度力的作用，所述产生洛伦兹力的磁感应强度为1-1.5T，提供磁场梯度力的磁感应强度为2-3T，电解液经过提供洛伦兹力作用的磁场处时，管道采取分流措施，即1套提供洛伦兹力作用的磁场需要搭配2套提供磁场梯度力作用的磁场，电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为120-240L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100-150L/min，锌电积过程电流密度为400-450A/m 2，温度为30-35℃； 步骤2：进行电积实验，电积试验完成后，将残极和阴极锌取出，干燥、称重，最后对干燥后的阴极产品进行化学成分分析，
其计算公式如下：
式中，p为耗电量，M为沉积锌的质量，V为槽电压，f为法拉第常数，z为沉积离子的价态，m为原子量，t为电积时间。
2.根据权利要求1所述一种优化锌电积工艺的方法，其特征在于：所述步骤1中产生洛伦兹力的磁感应强度为1T，提供磁场梯度力的磁感应强度为3T。
3.根据权利要求1所述一种优化锌电积工艺的方法，其特征在于：所述步骤1中电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为200L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100L/min，锌电积过程电流密度为420A/m 2，温度为35℃。
权 利 要 求 书1/1页CN 111676490 A
一种优化锌电积工艺的方法
技术领域
[0001]本发明属于锌电积技术领域，具体地说是一种优化锌电积工艺的方法。
背景技术
[0002]湿法炼锌电积过程中，最受关注的问题是电能的消耗。围绕锌的电解过程的节能降耗，许多学者和锌生产厂家进行了大量的工作。锌电积的直流单耗与两个因素有关，即电流效率和槽电压。直流单耗与电流效率成反比，与槽电压成正比。因此，凡是能提高电流效率，降低槽电压的措施均可降低锌电积的直流单耗，通过对大量的工业试验数据和图形资料的分析，可以得出影响锌电积电流效率的因素包括阴极板的电流密度，电解液中的锌酸浓度，电解液的温度，电解液中的杂质含量和种类，析出锌的表面状态，电解周期。上述各因素对锌电积能耗的具体影响如下：
[0003](1)电解液的锌酸浓度
[0004]电解液的主要成分是锌离子和硫酸，稳定电解液中一定的电解液的锌酸浓度，是正常进行电解的基本条件。在其他条件一定的情况下，随着电解液中锌含量的降低及电解液中酸含量的增加，电流效率降低随着电解液中锌含量的增加及电解液中酸含量的降低，电流效率升高。这是因为锌含量过低或者酸含量过高，都会引起硫酸浓度相对增大，使阴极附近的锌离子浓度发生浓差极化现象造成阴极上析出的锌返溶同时，氢析出的电极电位也随着溶液中锌离子浓度的降低而降低，氢气在阴极上析出的可能性增大。
[0005](2)阴极板电流密度
[0006]电流密度定义为电流强度与极板面积的比值。随着面积电流的增加，氢的超电压增大，一般来说，对提高电流效率是有利的，并且能够获得结晶致密的金属锌，但一定要有相应的电解液成分和较低的温度条件相配合。面积电流的增加也会增大电解液的电阻电压降和升高温度，加剧杂质的析出。
[0007](3)电解液中的杂质含量
[0008]电解液中的杂质含量对锌电积能耗的影响其实很大，凡是电解液中存在的能降低氢超电压和能以锌为阳极形成微电池反应较正电性的金属杂质，都会使锌电积的能耗升高，还有可能引起烧板、析出锌返溶等不利于生产的现象。一般来说，对电解液杂质含量的控制，主要是在净化步骤，电解过程所利用的是净化好的，合格的电解液，但现阶段很难做到深度净化。
[0009]因此，从前面的分析可以知道，电流密度越高，电能消耗越大。这是因为在此情况下，槽电压显著增大的结果。但是，电流密度如果太小，将使产量下降，电流效率低，电能消耗同样不小。电流效率会随着电解液温度的降低而提高，但是，槽电压会随着温度的升高而降低。锌电积过程中随着电解电流密度增大，电能消耗降低，达到一定限度以后，电能消耗又重新增加。电解沉积的电流密度越大，则电解液中允许的含酸量也越高。电解液含酸低时，由于这种电解液的电阻大，使电能消耗较高。当电解液含酸大到超过一定值以后，又由于电流效率的显著降低而使电能消耗增大。通过以上对影响槽电压和电
流效率因素的综合
分析，可以知道提高电流效率和降低槽电压经常是相互矛盾的。因此，就必须在保证产品质量的前提下，辨证的分析问题，使用尽可能降低槽电压和提高电流效率的技术条件，以达到降低电能消耗的目的。在实际生产过程中，为了稳定生产，降低电费成本，有许多条件基本上是保持恒定的，现有技术很难优化锌电积工艺，所以本发明提出通过强磁处理技术优化锌电积工艺。
发明内容
[0010]本发明的一个目的是提供一种减少硫酸钙和硫酸镁的形成量，减轻阴极锌的出现烧板和返熔的优化锌电积工艺的方法。
[0011]为实现上述目的，本发明所述一种优化锌电积工艺的方法，其特点是，包括如下步骤：步骤1：测量电积液中Zn2+、H2SO4和其他杂质离子的浓度，将磁化装置连接在电解槽的进液管处，电解液经过磁化装置首先受到洛伦兹力的作用，然后受到磁场梯度力的作用，所述产生洛伦兹力的磁感应强度为1-1.5T，提供磁场梯度力的磁感应强度为2-3T，电解液经过提供洛伦兹力作用的磁场处时，管道采取分流措施，即1套提供洛伦兹力作用的磁场需要搭配2套提供磁场梯度力作用的磁场，电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为120-240L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100-150L/min，锌电积过程电流密度为400-450A/m2，温度为30-35℃；
[0012]步骤2：进行电积实验，电积试验完成后，将残极和阴极锌取出，干燥、称重，最后对干燥后的阴极产品进行化学成分分析，其计算公式如下：
[0013]
[0014]式中，p为耗电量，M为沉积锌的质量，V为槽电压，f为法拉第常数，z为沉积离子的价态，m为原子量，t为电积时间。
[0015]本发明一种优化锌电积工艺的方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：[0016]1、所述步骤1中产生洛伦兹力的磁感应强度为1T，提供磁场梯度力的磁感应强度为3T；
[0017]2、所述步骤1中电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为200L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100L/min，锌电积过程电流密度为420A/m2，温度为35℃。
[0018]与现有技术相比，本发明可提高H+的超电压，抑制氢气析出，减弱Mn2+氧化反应进程，达到保护阳极的目的，降低Cu2+、Ni2+、Co2+在阴极放电析出的概率，阻止“烧板”现象的发生。阻止Fe2+、Fe3+发生氧化还原反应。同时还可阻止Ge的氢化物生成，减小电能消耗。促使Ca2+和Mg2+与SO42-
之间不易形成盐桥，结果将进一步降低硫酸钙的结晶析出，降低其增加电阻的概率，增加体系内能，降低电解液的电阻和电积槽的电压降。
具体实施方式
[0019]下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的
范围。
[0020]实施例1，一种优化锌电积工艺的方法，包括如下步骤，步骤1：测量电积液中Zn2+、H2SO4和其他杂质离子的浓度，将磁化装置连接在电解槽的进液管处，电解液经过磁化装置首先受到洛伦兹力的作用，然后受到磁场梯度力的作用，所述产生洛伦兹力的磁感应强度为1-1.5T，提供磁场梯度力的磁感应强度为2-3T，电解液经过提供洛伦兹力作用的磁场处时，管道采取分流措施，即1套提供洛伦兹力作用的磁场需要搭配2套提供磁场梯度力作用的磁场，电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为120-240L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100-150L/min，锌电积过程电流密度为400-450A/m2，温度为30-35℃；步骤2：进行电积实验，电积试验完成后，将残极和阴极锌取出，干燥、称重，最后对干燥后的阴极产品进行化学成分分析，其计算公式如下：
[0021]
[0022]式中，p为耗电量，M为沉积锌的质量，V为槽电压，f为法拉第常数，z为沉积离子的价态，m为原子量，t为电积时间。所述锌电积过程电流密度为400-450A/m2、温度为30-35℃左右、添加剂：牛胶0.01-0.15g/L，碳酸锶0.3-0.4g/L、阳极：Pb-0.3Ag极板。ρ(H2SO4)/ρ(Zn2 +)以3～3.9，区间增大，锌电积工艺的适应性强。电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为传统锌电积工艺流速的1.2-1.5倍，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速与传统的相等。本发明首先利用磁场产生的洛伦兹力适度减薄Zn2+和其他正负离子的化学水化层厚度，减小水分子簇的大小；接着利用磁场产生的磁场梯度力再次减薄Zn2+的化学水化层厚度，减小水分子簇的大小，增加H+、Mn2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Ge4+、Ni2+、Co2+、Ca2+、Mg2+等顺磁性离子的水化层厚度，以降低硫酸锌的分解电压和电阻电压，降低氢、锰、铜、铁、锗、镍、钴、钙、镁等顺磁性离子的磁能和活性。
[0023]实施例2，根据实施例1所述的优化锌电积工艺的方法中：所述步骤1中产生洛伦兹力的磁感应强度为1T，提供磁场梯度力的磁感应强度为3T。
[0024]实施例3，根据实施例1或2所述的优化锌电积工艺的方法中：所述步骤1中电解液经过提供洛伦兹
力的磁化装置时流速为200L/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100L/min，锌电积过程电流密度为420A/m2，温度为35℃。
[0025]实施例4，测得电积液中离子浓度如下表：
[0026]
[0027](1)首先设置提供洛伦兹力的磁感应强度为0T，提供磁场梯度力的磁感应强度为0T。电解液经过提供洛伦兹力的磁化装置时流速为200/min，电解液经过提供磁场梯度力的磁化装置时流速为100L/min。锌电积过程电流密度为420A/m2、温度为35℃左右、添加剂：牛
胶0.15g/L，碳酸锶0.4g/L、阳极：Pb-0.3Ag极板，Al板为阴极；(2)上述步完成后将阳极和
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