НПП Электрохимия
Гальванические покрытия и механообработка

elhim.ekb@yandex.ru

8-912-044-66-44

8-922-162-66-44

Цинковые аноды для гальваники

ГОСТ 1180-91 Аноды цинковые. Технические условия

 

Цинкование является самым распространенным защитным покрытием в промышленности.

 

zinkovij_anod zinkovij_anod

 

Поэтому и цинковые аноды являются одними из самых ходовых в гальванотехнике. Они выпускаются как в виде пластин, так и насыпью: сферами, полусферами и цилиндрами. Ввиду того, что при цинковании аноды весьма склонны к пассивации при высоких анодных плотностях тока, применение насыпных анодов в титановых корзинах более выгодно (их удельная площадь выше). Кроме этого, при работе насыпных анодов не образуется анодных остатков ("обсосков").

 

По маркам выделяют следующие основные виды цинковых анодов:

Марка

Zn, %

Максимальное содержание примесей, %

Pd

Cd

Fe

Cu

Sn

As

Al

Сумма

Ц0

99,975

0,013

0,004

0,005

0,001

0,001

0,0005

0,005

0,025

Ц1

99,950

0,020

0,010

0,010

0,002

0,001

0,0005

0,005

0,050


Существуют как более загрязненные марки, не применяемые в гальванике, так и более чистые, которые также не дают значительного выигрыша, но повышают себестоимость цинкового покрытия.

 

Растворение цинковых анодов происходит в несколько стадий и носит сложный кинетический характер. Среди осложняющих факторов, затрудняющих описание данного процесса, можно выделить:

- Одновременное протекание химического и электрохимического растворения цинка;

- Замедленная диффузия продуктов растворения из прианодного пространства в объем электролита;

- Образование новых фаз;

- Массоперенос в твердой фазе.

 

В процессе химического растворения цинка в конечном счете образуются цинкатные гидроксокомплексы, а при электрохимической анодной реакции соединения Zn(OH)2 и ZnO, которые также в дальнейшем растворяются в электролите в избытке щелочи с образованием цинкатов. Отличием цинка при электрохимическом растворении от менее активных металлов является тот факт, что при увеличении его анодной поляризации увеличивается и его скорость саморастворения. Это явление сопровождается ростом скорости восстановления деполяризатора (ионов водорода) - т.н. отрицательный дифференц-эффект (ОДЭ).

 

ОДЭ объясняется несколькими теориями:

1. Непосредственное взаимодействие воды с цинком;

2. Непосредственное взаимодействие воды с частицами цинка, выкрошившимися из анода;

3. Стадийность ионизации цинка, переход его на аноде сначала в однозарядную форму Zn+, которая может доокисляться на электроде или в растворе до Zn2+ с образованием водорода.

 

При растворении цинковые аноды могут подвергаться пассивации, если анодная плотность тока превысит 2А/дм2, либо если состав ванны будет нарушен, например, при недостатке гидроксида натрия. При пассивации на аноде обратимо возникает слой труднорастворимых соединений цинка, который препятствует новым ионам цинка диффундировать в электролит, а гидроксид-ионам из электролита поступать к не окисленной поверхности анода. Этот слой носит адсорбционную природу и выражается составом е-Zn(OH)2. Адсорбированная частица гидроксида цинка может отдавать воду и превращаться в оксид ZnO. Внешне пассивная пленка выглядит как золотистый или фиолетовый налет. Полностью запассивированные цинковые аноды прекращают растворяться, на них начинает активно выделяется кислород, концентрация цинката и щелочи в ванне снижается. При увеличении концентрации щелочи в растворе пассивная пленка становится тоньше, а количество дефектов в ней увеличивается, что приводит к возрастанию коэффициента диффузии цинка.

 

Скорость растворения цинковых анодов зависит от потенциала и от концентрации щелочи (рисунок 1), в то же время концентрация ионов цинка никак не влияет на нее.


Skorost_rastvoreniya_zincovih_anodov_1

Рисунок 1- Влияние С(NaOH) на скорость растворения цинковых анодов при потенциале пика в растворах: 1 - 0,2М, 2 - 1М, 3 - 2М.


Рассмотрим механизм растворения цинковых анодов более подробно по стадиям:

1. Отрыв электрона от метллического цинка, присоединение гидроксид-аниона:

 

Zn + OH- адс ↔ [Zn(OH)]адс + e


2. Разряд адсорбированной частицы, дальнейшее взаимодействие с гидроксид-ионами:

 

[Zn(OH)]адс + 2OH-адс [Zn(OH)3]-адс + e

[Zn(OH)3]-адс + OH-адс ↔ [Zn(OH)4]2-адс


По мнению некоторых авторов возможна реакция диспропорционирования (по аналогии с растворением медных анодов):

 

[Zn(OH)]адс + [Zn(OH)]адс [Zn(OH)2 + Zn


3. Переход комплекса [Zn(OH)4]2-адс в раствор (замедленная диффузия). Параллельно может идти разложение комплекса за счет пересыщения приэлектродного пространства:

 

а. [Zn(OH)4]2-адс ↔ [Zn(OH)2]адс + 2OH-


одновременно может идти реакция разряда:

 

б. [Zn(OH)]адс + OH-адс  [Zn(OH)2]адс + е


или реакция отрыва воды:

 

в. [Zn(OH)]адс ZnOадс + Н+ + е

H+адс + OH-адс ↔ Н2О

 

Реакции а, б, в приводят к пассивации цинковых анодов.


Кроме этого, возможна четвертая реакция, вносящая вклад в пассивацию цинка:

 

Zn + [Zn(OH)2]адс + 2OH- ↔ 2ZnOадс + 2H2O + 2e


При благоприятных условиях пассивная пленка растворяется по реакциям:

 

[Zn(OH)2]адс + 2OH-адс [Zn(OH)4]2-адс [Zn(OH)4]2-р-р

ZnOадс + 2OH-адс + 2H2O ↔ [Zn(OH)4]2-адс [Zn(OH)4]2-р-р


В полностью же пассивном состоянии на цинковом аноде идет выделение кислорода.

Возможно также частично пассивное состояние, в котором одновременно протекают процессы и растворения цинка и выделения кислорода.


В целом можно сказать, что наилучшими цинковыми анодами являются те, которые растворяются равномерно,  имеют малое количество примесей, хуже пассивируются при высоких анодных плотностях тока, а также не выкрашиваются при растворении (т.е. имеющие однородную мелкокристаллическую структуру)

 

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"