Аноди цинкові. Розміри цинкових анодів. Марки цинку. Поведінка цинкового анода в різних електролітах цинкування
Аноди цинкові. Розміри цинкових анодів. Марки цинку. Поведінка цинкового аноду в різних електролітах цинкування
Цинковий анод використовують для оцинкування виробів електрохімічним методом. При розчиненні анодів на поверхні металевих виробів утворюється цинковий захисний шар, який надійно захищає метал від корозії. Для покриття цинком строго пріоритетним є застосування гарячекатаних цинкових анодів. Литі цинкові аноди застосовувати не рекомендується.
У виробництві анодів застосовується цинк марок Ц0, Ц1С, Ц1 з хімічним складом за ГОСТ 3640 -94. Розміри на цинкові аноди встановлюються ГОСТ 1180-91. Аноди випускаються завтовшки від 5 - 20 мм; за номінальною шириною 65 - 600 мм; за номінальною довжиною 400 – 1200 мм. Аноди цинкові виробляються з градацією 50 мм за довжиною та 25 мм за шириною.
Аноди повинні зберігатися в закритих приміщеннях, в яких дотримано всіх заходів захисту виробів від механічних, хімічних пошкоджень та вологи.
Пластинчасті аноди цинку
Листові цинкові аноди придатні для кислих та лужних електролітів і зазвичай застосовують при невеликих масштабах виробництва. Істотним недоліком пластинчастих анодів цинку є необхідність прикручувати до кожного анода металевий гачок для підвішування анода у ванну. Тому необхідно правильно вибрати метал для гачка і болта [1].
Для лужних електролітів анодний гак і болт слід робити із звичайної маловуглецевої сталі. Сталеві болт і гак не корродуватимуть в лужному електроліті і можуть використовуватися багаторазово.
Для кислих електролітів краще використовувати гак і болт із титану. В цьому випадку не буде проблем із корозією цього вузла. Однак титан не завжди є під рукою. Можна застосовувати латунні/мідні гаки та болти, але при цьому необхідно підняти болтове з'єднання гака з анодом вище рівня електроліту на 50-70 мм, щоб уникнути його розчинення. Іноді застосовують захисні короби з поліпропілену для анодних штанг. Їхнє завдання запобігати попаданню корозійно-активного електроліту на мідну (латунну) оснастку.
Взагалі бажано, щоб будь-яке болтове з'єднання гака з цинковим анодом не стикалося з електролітом.
Характер розчи
нення пластинчастих цинкових анодів показано на мал. 1.
Мал. 1. Зовнішній вигляд пластинчастого цинкового аноду.
А - новий анод, В та С - у міру його розчинення.
З мал. 1 очевидно, що в міру спрацьовування (розчинення) анода цинку, його розміри та площа зменшуються, що негативно позначається на анодному процесі та рівномірності цинкового покриття, особливо в слабокислих електролітах, розсіююча здатність яких і так невелика. Анод цинку в стані "С" (рис.1) має бути замінений на новий цинковий анод. "Обмилок" анода, що залишився, так званий, щоб уникнути втрат цинку може бути використаний в анодному кошику, який повинен бути передбачено в оснащенні ванни цинкування.
Насипні (контейнерні) аноди із цинку.
Найкращим вирішенням анодних проблем при цинкуванні є застосування насипних (контейнерних) цинкових анодів. Анодним матеріалом у цьому випадку служать литі сферичні або напівсферичні цинкові кулі діаметром 50мм. На мал. 2 показані основні типи контейнерів для сферичних анодів.
А В С
Рис. 2. Анодні контейнери (кошики) з цинковими кулями:
А - сталевий спіральний циліндричний,
В - сталевий сітчастий циліндричний,
С – титановий сітчастий коробчатий.
В анодних кошиках цинкові кулі в міру їх розчинення провалюються в нижню частину кошика, звільняючи місце для додавання нових куль зверху. Таким чином, на відміну від пластинчастих анодів, у нижній частині кошика завжди є достатньо анодного металу для забезпечення рівномірності осадження покриття на катоді. У кошиках цинк спрацьовується майже без відходів.
Слід також зазначити, що активна поверхня насипних анодів може бути значно більшою порівняно з пластинчастими анодами. Це дозволяє відповідно збільшувати струмове навантаження, не побоюючись пасивування анодів і цим форсувати катодний процес.
Для лужних електролітів цинкування анодні кошики виготовляються із звичайної маловуглецевої сталі, яка абсолютно стійка у лужних електролітах. У жодному разі не можна робити анодні кошики з нержавіючої сталі чи інших металів. Сталеві анодні кошики, крім утримання цинкових куль розчинних, виконують функцію нерозчинного анода, що дещо стримує надмірне розчинення цинку при електролізі. Сталеві кошики можуть служити без заміни багато років.
Полотняні мішки для уловлювання анодного шламу в лужних електролітах цинкування не застосовуються. Анодний шлам, що неминуче утворюється при цинкуванні, та інші механічні забруднення видаляють з електроліту за допомогою безперервної фільтрації останнього зі швидкістю не менше 1 об'єму на годину. Для фільтрації слід застосовувати поліпропіленову тканину у вигляді змінних мішків із розрахунку 0,5-1м2 фільтруючої поверхні на 1м3 електроліту. Фільтрувальні мішки можна використовувати багаторазово, піддаючи періодичному очищенню (пранню). Конструкція фільтра може бути будь-якою. Підтримувати задану концентрацію цинку в лужному електроліті, незважаючи на відмінність у швидкостях розчинення на аноді та осадження на катоді цинку (анодний вихід струму становить 100%, а катодний від 55 до 75%), дуже легко. Достатньо 1 раз на зміну аналізувати вміст цинку у працюючій ванні і, якщо цинк у ванні зростає, то слід частину анодних кошиків з цинком – до 30% – замінити на звичайні сталеві нерозчинні аноди-пластини. Надходження цинку у ванну при цьому зменшиться та його концентрація стабілізується. Якщо вміст цинк в електроліті падає, слід, навпаки, зменшити кількість нерозчинних сталевих анодів і/або досипати кошики цинковими кулями.
При нормальному завантаженні ванни цинкування в 2 зміни (16 годин на добу), цинкові аноди витягувати з ванни цинкування на ніч не обов'язково. За рахунок хімічного розчинення цинку його концентрація у ванні в непрацюючій лужній ванні підніметься на 1-2 г/л за 8-10 годин, що допустимо і не порушує подальшу роботу ванни. Якщо цинку накопичуватиметься більше, аноди треба час від часу виймати.
Робота з цинковими насипними анодами показала простоту та надійність у підтримці концентрації цинку у ванні на заданому рівні у такий спосіб. Ніколи не виникала потреби коригувати ванну цинкування окисом цинку.
Для кислих (слабокислих) електролітів цинкування анодні кошики виготовляють із титану, який стійкий у цьому середовищі. Титанові кошики можуть служити без заміни та ремонту багато років.
У кислих електролітах на анодні кошики необхідно надягати поліпропіленові чохли для уловлювання анодного шламу, оскільки поліпропіленова тканина не перешкоджає нормальному розчиненню цинку та надходженню його в електроліт. Наявність тканинних чохлів на анодах не виключає необхідності безперервної фільтрації електроліту. Оскільки анодний цинк у слабокислих електролітах розчиняється майже еквівалентно його катодному осадженню, концентрація цинку у ванні змінюється мало. Титан у кислих електролітах має пасивну плівку, тому його роль анодному процесі невелика.