现如今,明胶和阿拉伯树胶在锌电积生产中被广泛的使用[14],产生的重要作用是细化晶粒和使析出锌表面平整光滑[15]。与此同时,寻找更多更好的新型添加剂的工作仍在进行中[16]。
1添加剂的种类
锌电积过程中,为了得到质量更好的锌,应当加入分量适中的添加剂。与此同时,适量的添加剂还可以减小劳动强度,同时,技术经济指标会更好。电锌沉积过程中使用的添加剂可以按照其作用的不同,主要分为以下四类[17]:第一类添加剂:这类添加剂主要是胶及某些表面活性物质甲酚、β茶酚等,使析出锌平整、光滑、致密。81313
第二类添加剂:这类添加剂主要是碳酸锶、碳酸钡及水玻璃等。它们能降低溶液中的Pb2+浓度,减少析出锌的含铅量,提高析出锌化学质量。
第三类添加剂:这类添加剂主要是酒石酸锑钾(俗称吐酒石,化学式为K(SbO)C4H4O6),其用量以电解液中含锑量不超过0。12mg/L为准。主要作用是使析出锌易于剥离。
第四类添加剂:这类添加剂主要有皂角粉、丝石竹、大豆粉及水玻璃等起泡剂,它们能在电解液表面形成表面张力大而且非常稳定的泡沫层,能够过滤电解液微粒,能够有效地捕集酸雾,使空气中含酸控制在2mg/m3以下,从而减少对环境的污染,改善劳动条件,并减少电解液的损失及对电解设备和厂房设施的腐蚀。论文网
2添加剂的行为理论
现如今,进行锌电积过程添加剂的行为理论的系统研究非常不多。由添加剂的作用方面来看,大概分为两种理论。第一种是金属络离子的阴极还原理论。第二种是吸附理论。
(1)金属配离子阴极还原机理在配盐溶液中,金属离子与配合添加剂之间会形成一系列配合——离解平衡,加入配合剂后,导致金属电极的平衡电势変负[18],锌的析出会变得困难。明胶是一种高分子胶原蛋白,由多种氨基酸组成。有学者认为在酸性或碱性电解液中离解后的高分子胶原蛋白与贷方电的金属离子之间会形成配合物。在这种高分子配合物里,金属离子很难放电。阴极极化作用被明胶提高,阴极表面能被减小,于是新晶核就很容易出现。
(2)吸附理论吸附薄膜理论认为,金属表面对表面活性物质等分子的吸附是有选择性的。首先在电极表面的活性部分进行,如阴极表面的棱角边缘和各种尖锐突出点等。由于表面活性物质是电的不良导体,因此当其吸附在阴极表面的某个区域时,就会阻碍电流从该处通过,组止金属离子在该表面的放电析出,从而使锌的电沉积转移到其它阴极表面能较小的凹陷部位,锌离子在此大量的放电沉积,最终将凹陷部位填平,从而使阴极致密、平整。
3添加剂的协同作用
生产实践表明,仅仅只加入一种添加剂时,效果不是非常好,电解析出锌的质量较差。然而如果往溶液里加入多种添加剂,可能得到的析出锌质量很好。析出锌表面形貌具有光泽,能够很方便的从极板上取下来,添加剂的协同效应就体现出来了。根据研究表明,如果将硫尿3%~40%、明胶30%~50%按照质量比混合均匀,然后再向混合物中加入甲酚3%~40%,向稀释后的混合溶液加入树胶3%~5%,将配置好的组合胶质添加剂加入电解槽,然后进行电解,在长周期的锌电解过程中表现出电流效率高、耗能低、电解锌质量高等优良特性[19]。
4研究现状
目前世界上主要的锌生产方法为湿法电解炼锌,为了获得质量较好的电解锌,在电解过程中,为了控制反应的过程,可以加入适量的添加剂。添加剂主要有四个作用。第一是能够增大氢的超电压。第二是抑制氢的放电。第三是促进电解的顺利进行。第四是能够使晶粒细化。所以,得到质量很好的析出锌的有作用的方法是加入适量的添加剂。目前,锌电解的研究主要集中在电流密度以及酸锌浓度控制上,而对添加剂的影响很少关注,常见的添加剂主要有明胶或骨胶等胶类添加剂以及碳酸锶和硫脲等。王胜林进行了以明胶为主体的铜电解添加剂的遴选与优化研究;刘春侠也对诸多常见添加剂对锌实际电积过程中的控制影响进行了相关研究,但是涉及到实际生产体系下的锌电积添加剂的研究并不常见,尤其对一些新型添加剂的机理和作用效果也并不清楚,关于新型添加剂的系统文献也比较少见,国内各生产厂家一般是根据自身情况,参照经验值来加入添加剂,而很少在理想试验条件下去研究各种添加剂的具体使用与效果[20],所用添加剂种类均只是常用的几种,因此发现效果更好的添加剂是一个具有重大研究意义的问题。