докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой металлургии цветных металлов.
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 17, оф. С-108.
Dr. Sci. (Tech.), Prof., Department of metallurgy of non-ferrous metals.
620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 17, off. С-108.
канд. техн. наук, зам. тех. директора по металлургии.
624091, Свердловская обл., г. Верхняя Пышма, Успенский пр-т, 1.
Cand. Sci. (Tech.), Deputy technical director for metallurgy.
Анисимова О.С. – канд. техн. наук, доцент кафедры МЦМ.
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 17, оф. С-108.
Cand. Sci. (Tech.), Docent, Department of metallurgy of non-ferrous metals.
620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 17, off. С-108.
докт. техн. наук, зам. директора по науке.
624091, Свердловская обл., г. Верхняя Пышма, Успенский пр-т, 3.
Dr. Sci. (Tech.), Deputy director.
624091, Russia, Sverdlovsk reg., Verkhnyaya Pyshma, Uspensky ave., 3.
канд. техн. наук, зав. лабораторией Инженерного центра ПАО «ЧЦЗ».
454008, г. Челябинск, Свердловский тракт, 24.
Ivakin D.A. — Cand. Sci. (Tech.), Head of Laboratory.
В лабораторных условиях исследовано влияние основных параметров электролиза цинка из щелочного цинкатного раствора на выход по току и расход электроэнергии. В качестве варьируемых параметров выбраны концентрации цинка (начальная и конечная), плотность тока и температура. Электролиты использовали как модельные (приготовленные из стандартных реактивов), так и реальные, полученные выщелачиванием прокаленного промпродукта переработки цинксодержащих пылей черной металлургии. Показано, что выход цинка по току может быть достаточно высоким (более 90 %) даже при начальной концентрации цинка в щелочном электролите 10 г/дм3. Однако для этого требуются низкие токовые нагрузки (100–400 А/м2), использование которых для промышленного электролиза с получением порошкообразного металла нецелесообразно, так как по мере развития поверхности катодного осадка фактическая плотность тока будет снижаться, в том числе ниже предельного тока диффузии комплексных ионов. При этом ожидается рост укрупненных дендритов с образованием «короткозамкнутых» участков в межэлектродном пространстве, что в целом будет снижать выход цинка по току. Укрупненные лабораторные исследования по электролизу цинка из реального цинкатного раствора позволили определить наиболее энергоэффективные (с наибольшим выходом цинка по току и наименьшим расходом электроэнергии) параметры процесса: плотность тока 1000–2000 А/м2; температура электролита 50–80 °С; исходная концентрация цинка 20–50 г/дм3; остаточная концентрация цинка не менее 15 г/дм3. В этих условиях будут обеспечиваться высокий выход по току (85–95 %) и приемлемый расход электроэнергии (2,28–3,20 кВт·ч/кгZn). Для «истощенного» цинкатного раствора с содержанием цинка 10 г/дм3 максимальный выход по току (более 90 %) реализуется при плотности тока j = 125 А/м2, близкой к плотности тока диффузии (около 95,7 А/м2). При j > 500 А/м2 выход по току значительно снижается, что обусловлено интенсивным выделением водорода. При исследованиях на укрупненной электролизной ячейке выполнена качественная оценка получаемого катодного осадка (по видимым размерам кристаллов).
The effect that the main parameters of zinc electrolysis from an alkaline zincate solution have on current efficiency and power consumption was studied in laboratory conditions. Zinc concentration (initial and final), current density and temperature were chosen as variable parameters. The study used both model electrolytes (prepared using standard reagents) and real ones produced by leaching the calcined middling product obtained when processing zinc-bearing dusts of ferrous metallurgy. It was shown that the current efficiency of zinc can be quite high (more than 90 %) even at an initial zinc concentration in the alkaline electrolyte of 10 g/dm3. However, this requires low current loads (100—400 A/m2) that are impractical in industrial electrolysis used to produce powdered metal, since the actual current density decreases as the cathode deposit surface develops and may fall below the limiting diffusion current of complex ions. In this case, the growth of enlarged dendrites is expected with the formation of «short-circuited» sections in the interelectrode space, which as a whole will reduce the zinc current efficiency. Larger-scale laboratory studies focused on zinc electrolysis from a real zincate solution made it possible to determine the most energy-efficient (with the highest zinc current efficiency and the lowest power consumption) process parameters: current density — 1000—2000 A/m2; electrolyte temperature — 50—80 °С; initial zinc concentration — 20—50 g/dm3; residual zinc concentration — not less than 15 g/dm3. These conditions will ensure high current efficiency (85 — 95 %) and electric power consumption (2,28—3,20 kW-h/kgZn). For the «depleted» zincate solution with a zinc content of 10 g/dm3, the highest current efficiency (more than 90 %) is achieved at a current density of 125 A/m2, close to the diffusion current density j = = 95,7 A/m2. With j > 500 A/m2, the current efficiency is significantly lower due to the intensive hydrogen release. A qualitative evaluation of the resulting cathode deposit was made (by the visible dimensions of crystals) in studies on an enlarged electrolytic cell.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.