Luyện Zn thông dụng nhất là điện phân dung dịch Zn sulfate. Sản phẩm Zn thu được có thể đạt được 99,99%, ít mất mát Cd hơn các phương pháp tinh luyện cổ điển khác.
Phản ứng ở cathode, kết tủa Zn:
Oxy thoát ra trên điện cực không tan
Do quá thể H2 trên Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường acid với hiệu suất rất cao. Thế khử của Zn2+ âm hơn điện thế khử của H+.
Có mặt các tạp chất khác, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn. Trên cathode có những vị trí có quá thế H thấp. Quá trình thoát H xảy ra mạnh đồng thời với hoà tan Zn đã được kết tủa (theo cơ chế pin cục bộ). Các tạp chất như Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm hiệu suất dòng mà còn ngăn không cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn để tạo ra dung dịch Zn sulfate không có tạp chất, ảnh hưởng không tốt đến phản ứng cathode.
Kỹ thuật điện phân
Các thành phần có trong quặng Zn ảnh hưởng đến phương pháp xử lý dung dịch ZnSO4. ZnSO4 tách ra theo phản ứng
Với quặng sulfide, cần phải nung để chuyển thành dạng oxit
Tạp chất trong quặng Zn được chia làm 3 nhóm chính 1.Fe, Si, Al, Sb, Bi, Ge, Sn
2.Cu, Cd, Ni, Co
3.Pb, Ag, SiO2
Khi hoà tan ZnSO4, acid tự do giảm, pH tăng. Như vậy Fe(III) sẽ kết tủa, Al và một phần Cu ở dạng hydroxit. Fe(OH)3 có diện tích bề mặt riêng lớn, Sb, Bi và Ge sẽ hấp thụ lên bề mặt Fe(OH)3 và tách khỏi dung dịch. As ở
dạng không tan Fe4O5(OH)5As. Fe(OH)2 kết tủa ở pH 6,5, tại giá trị pH này Zn(OH)2 cũng kết tủa. Do vậy, nên oxi hoá Fe2+ thành Fe3+.
Ni2+, Co2+ cũng phản ứng với MnO2ở pH thấp hơn, tạo nên ion với hoá trị
3, kết tủa ở dạng hydroxit, Co(OH)3 và NiOOH cũng được tách ra một phần. Trong quá trình điện phân, MnO2 tạo ra do phản ứng
Các tạp chất nhóm thứ 3 sẽ không tan, nằm trong dung dịch lọc ra.
Kết tủa chứa các tạp chất nhóm 1, 3 và một phần nhóm 2, tách ra bằng cách lọc. Tách tạp chất nhóm 2 bị khử bởi Zn bột
Sau khi xử lý, nồng độ Zn trong khoảng 120 – 170 g/dm3, acid tự do 150- 200 g/dm3. Nồng độ ion kim loại trong dung dịch điện ly thể hiện ở bảng sau
Vật liệu cathode thường là tấm Al, dày 4-8mm. Zn bám lên Al kém nên dễ
dàng tách ra sau khi điện phân. Anode chì dày 5-10mm, kích thước 100 x 600 mm. Thời gian làm việc 1,5 – 2 năm. Khi anode chì có 1-2%Ag, thời gian sử
dụng 3-4 năm. Thời gian điện phân 10 – 24 h, nồng độ Zn giảm xuống 45 -55 d/dm3. Điều kiện điện phân Mật độ dòng cathode :400 – 700 A/m2 Hiệu suất dòng : 88 – 92% Thế : 3,3 -3,6 V Nhiệt độ : 30 – 40 oC Tiêu thụ điện năng : 3000 – 3500 kWh / tấn Sản xuất 1 tấn Zn cần : 4kg MnO2, 16 kg Zn bột, 62 kg H2SO4. i