Как анод свинцового основания используется в процессе электролиза

Как анод свинцового основания используется в процессе электролиза?

Электрохимическое извлечение является наиболее энергоемким процессом. Затраты электроэнергии на электролиз могут составлять до 80% от общих энергетических затрат на извлечение металлов из концентратов. Кроме того, электрохимическое извлечение также является наиболее важным этапом процесса с точки зрения качества конечного продукта.

При электрофизионном извлечении наиболее значительный вклад в общее потребление энергии напрямую связан с процессами на анодах, где ток окисляет воду и производит газообразный кислород. Этот процесс требует значительного перенапряжения, а вклад анодного потенциала в общее напряжение элемента составляет от 50 до 70% при электрофизическом извлечении цинка.  

Кроме того, основным последствием реакции выделения кислорода на аноде является коррозия анодов на основе свинца, которые повсеместно используются в подобных операциях. Как анод свинцового основания используется в процессе электролиза? Первоначально на поверхности анода образуется непроводящий слой сульфата свинца, за которым следует образование гидратированных оксидов свинца и, наконец, проводящий слой диоксида свинца, который способствует выделению кислорода. По мере продолжения коррозии основания развивается внутреннее напряжение, и может произойти растрескивание защитного внутреннего слоя. Выделяющийся кислород вызывает отслаивание продукта коррозии от анода. Растворенные ионы свинца и взвешенные частицы диоксида и сульфата свинца загрязняют электроосажденные медь и цинк. Все более жесткие требования к свинцу в медных и цинковых катодах подчеркивают важность минимизации и контроля коррозии анодов. Использование диафрагмы при электрофизионном извлечении никеля и кобальта помогает свести к минимуму эту проблему с этими металлами.

Несмотря на высокие рабочие потенциалы и подверженность коррозии, сплавы на основе свинца по-прежнему доминируют в операциях электролиза основных металлов. Поскольку чистый свинец является механически слабым, свинец необходимо легировать, чтобы улучшить его механические и коррозионные свойства. К распространенным свинцовым сплавам относятся свинцово-кальциево-оловянные (аноды Pb-Ca-Sn), которые используются при электрофизическом извлечении меди и никеля, и свинцово-серебряные (аноды Pb-Ag), используемые в производстве цинка. Необходимы значительные исследования и разработки для улучшения характеристик этих сплавов с точки зрения сниженных перенапряжений и скоростей коррозии, которые чувствительны к присутствию некоторых других ионов металлов в электролитах. Таким образом, марганец добавляется в цинковые электролиты, а кобальт – в медные электролиты. В частности, марганец может присутствовать в электролитах меди и цинка в качестве примеси, а ионы марганца часто добавляются в цинковые электролиты с целью снижения рабочего потенциала и минимизации коррозии анодов. Тем не менее, есть также доказательства того, что присутствие низких концентраций ионов марганца может усилить коррозию анодов в медных резервуарах. Механизмы, участвующие в этих кажущихся противоречивых эффектах, не совсем понятны. Таким образом, понимание роли марганца в анодных реакциях на анодах из свинцового сплава может помочь в оптимизации процессов электролиза как для меди, так и для цинка с возможным применением для электролиза никеля.

В дополнение к основной реакции выделения кислорода, ионы марганца также могут окисляться на анодах из свинцового сплава, образуя таким образом либо растворимые соединения, такие как ионы Mn3+ и MnO4-, либо нерастворимые оксиды, такие как MnO2 и, возможно, MnOOH. Образование слоев этих оксидов на поверхности свинцового анода может помочь свести к минимуму разрушение анода, а также изменить кинетику реакции выделения кислорода. Тем не менее, чрезмерное количество накипи MnO2 имеет тенденцию отрываться от анода, вызывая повышенную коррозию нижележащего свинцового анода. Кроме того, аноды необходимо периодически очищать для удаления отложений, которые в противном случае могут вызвать короткое замыкание между анодом и катодом и увеличить потребление энергии.