金的电解可在氯化金和化金溶液中进行,为了安全起见,如今世界各国金的电解简直都选用E.沃耳维尔(Wohlwill)1874年拟定的氯化金电解法,故而称沃耳维尔法。此法是在大的电流密度和高浓度三氯化金的电解液中进行。跟着进程的进行,粗金阳极被溶解,而于阳极分出电解纯金。
沃耳维尔法,是在氯化金液的电解槽中装入粗金阳极和纯金阳极。通入电流后,阳极的金和杂质溶解,而在阴极分出纯金。因此,能够以为电解进程是在:Au(阴极)|HAuCl4,HCl,H2O,杂质|Au,杂质(阳极)的电化学体系中进行的。
此外,溶电解液中的络酸(HAuCl4),还可部分水解(虽然在高酸浓度下不显着)成HAuCl3OH:
HAuCl4+H2O HAuCl3OH+HCl
因为电解液中存在HAuCl4、HAuCl3OH、HCl和H2O,它们在溶液中可离解成如下的离子:
H2O H++OH-
HCl H++Cl-
HAuCl4 H++AuCl4-
AuCl3 Au3++3Cl-
HAuCl3OH H++AuCl3OH-
AuCl4 Au3++4Cl-
AuCl3OH Au3++3Cl-+OH-
这些离子的存在,相应地在阳极和阴极上或许发作如下反响。
在阳极上:
Au-3e Au3+ (1)
2OH--2e H2O+O2 (2)
Cl--eCl2 (3)
〔AuCl4〕--e AuCl3+Cl2 (4)
2〔AuCl3OH〕--2e 2AuCl3+H2O+O2 (5)
Au-e Au (6)
上述反响除(1)和(6)式外,其他均为有害反响。但当阳极邻近氯离子浓度增高时,这些有害反响能够削减至最低极限。
在阴极上,或许发作氧和金离子的放电:
H++e H2 (7)
Au3++3e Au (8)
Au++e Au (9)
上述反响因为氢的超电压,使阴极上发作氢的显着极化,故式(8)反响比式(7)更易进行。式(8)与式(9)的分出电位很附近(3价金为0.99V,1价金为1.04V),在阳极上两种离子或许一同进入溶液,在阴极上也将一同放电。但增大电流密度就可削减1价金离子的生成,也削减式(9)的反响。
在介质中电解金,阳极所含的银会与阴离子氯生成氯化银壳覆于阳极表面。含银5%或更多时,甚至可使阳极钝化放出,而阻碍阳极的溶解。严峻时,甚至会中止电解作业。为了使掩盖在阳极表面的氯化银掉落,而不阻碍电解的正常进行,经沃耳维尔于1908年改善的可用于含银很高的金的电解办法,是在向电解槽中通入直流电的一同,堆叠与直流电电流强度略大的沟通电。此两种电流堆叠一同,组成一种兼并的与横坐标轴不对称的脉动电流(图1),在堆叠沟通电流的电解进程中,金的分出仍取决于直流电电流强度而遵守法拉第规律。沟通电的效果,是电流强度在与横坐标不对称的脉动电流曲线处在最大值的瞬间,电流密度到达很大的数值,致使阳极上开端分解出氧气。经过如此断续而均匀的震动,进行阳极的主动净化,使掩盖在阳极上的化银壳疏松、掉落,然后发明不阻碍电解正常进行的条件。图中,兼并的脉动电流强度为:
J脉动=
图1 交、直流及兼并电动势
选用交直流堆叠电流的电解,还能进步电解液温度,特别是能够使从阳极上落入阳极泥中的粉状金,由约10%下降至约1%左右,以削减阳极泥中的含金量,进步金的直收率。为此,即便在阳极板含银很低时,也应运用交直流堆叠的电流。
直流电与沟通电的份额一般为1∶1.5~2.2。跟着电流密度的增大,也需求相继增高电解液的温度和酸度。因温度越高和含酸越多时,不使阳极钝化的答应电流密度也越大。
沃耳维尔法电解金的条件,一般为电解液含金60~120g∕L,100~130g/L,液温65~70℃。这时,阴极容许的最大面积电流为1000~3000A∕m2,槽电压0.6~1.0V。当阳极含许多杂质时,阴极电流密度可降至500A∕m2。
在含游离的电解液中,金多以较安稳的3价氯氢金酸(HAuCl4)的方式存在。但溶液中也存在1价的亚氯氢金酸(HAuCl2)。此两种金盐,能发作下列的可逆副反响:
3HAuCl2 2Au+HAuCl4+2HCl
生成1价金的副反响,可使阳极中约10%的金沉积进入阳极泥中。为了削减阳极上生成1价金离子,金的电解都无例外地选用大的电流密度和交直流堆叠电流。
综上所述,金在电解时电极上首要发作下列生成Au+和Au3+的离子反响(阳极上反响向右进行):
Au+2Cl 〔AuCl2〕-+e
〔AuCl2〕-+2Cl- 〔AuCl4〕-+2e
Au+4Cl- 〔AuCl4〕-+3e
即电解进程中,阳极上首要发作金的氧化熔解反响。杂质的行为,则与它的电位有关。电性比金负的杂质,除银氧化溶解后敏捷与氯离子结合生成氯化银外,铜、铅、镍等贱金属杂质均进入溶液。铱、锇(包含锇化铱)、钌、铑不溶解进入阳极泥中。铂和钯的离子化倾向程度小,理应不溶解。但在粗金中,铂、钯一般与金结组成合金,故有一部分常与金一道进入溶液,但并不在阴极分出。只有当电解液中铂、钯堆集的浓度过大(Pt50~60g∕L,Pd15g∕L以上)时,才会与金一道分出。
电金在阴极分出的细密性,随电解液中金浓度的增高而增大,故金的电解均运用高浓度金的电解液(许多工厂在电解造片和出产中,均运用含金250~350g∕L的电解液)。但据O.E.兹发京采夫的材料,美国造币厂前期用沃耳维尔法电解金,在面积电流是550~700A∕m2,运用含金50~60g∕L、60~70g∕L的电解液。一般,当电解液中含于30g∕L、面积电流在1000~1500A∕m2时,分出的金也能很好地粘附在始极片上。
电流的周期反向(或称换向)电解技能,是首要用于电镀出产的,它使镀件取得了光亮的高质量镀层。因为它是在正常供电条件下,每隔必定时刻(多为50~150s)将正极供入的电流主动切换至负极,经2~4s再主动切换至正极,如此来回换向,一台供电设备每年需频频换向数十万甚至数百万次。因此,此项技能直至大功率可控硅整流器和无触点快速换向开关面世后,才于1969年先后在日本、赞比亚、美国和南非几家大型铜厂的电解中取得使用。我国的周期反向电解技能实验始于1971年。1973年在沈阳冶炼厂进行了电流强度6400~7400A(面积电流178~230A∕m2)、正向供电140~150s、反向3~4.2s的铅电解扩展实验。实验成果:电流效率为92.76%~93.37%,电铅产品表面光亮,质量杰出。
周期反向电解的电流效率虽取决于正极供入电流,负极换向瞬间供入电流属“无用功”,但它可将阴极上成长的尖形粒了反溶除掉,避免极间短路,并产山质量杰出的电解产品。且经过电流的频频换向和来回振动,可避免浓差极化,并使阳极表面厚硬的阳极泥层硫松掉落,避免阳极钝化。为此,沈阳黄金学院于90年代以来展开了周期反向用于金电解的实验。成果证明它可代替交直流堆叠供电的沃尔维尔法,不需堆叠沟通电流。供入直流电流的波形改变如图2,设备及其衔接示于图3。图中,周期换向整流器可在正向3~150s、负向1~40s间自在调整。电解槽为聚硬塑料槽。电解液温度由蛇形玻璃管经泵送入的热水直接加热,热水供入速度由感温器测定电解液温度,并经过控温仪主动操控热水直销泵的关停和发动,来到达电解要求的温度。
图2 周期主动换相时刻和电流波形暗示
图3 周期主动换相金电解设备
1-周期主动换向整流器;2-导电母线;3-阳极;4-阴极;
5-感温器;6-主动温度操控仪;7-电解槽;8-加热玻璃管;
9-胶管;10-电热主动恒温浒浴;11-泵
因为本工艺历时髦短,其工艺和设备需要不断开发使之完善。
沃耳维尔法,是在氯化金液的电解槽中装入粗金阳极和纯金阳极。通入电流后,阳极的金和杂质溶解,而在阴极分出纯金。因此,能够以为电解进程是在:Au(阴极)|HAuCl4,HCl,H2O,杂质|Au,杂质(阳极)的电化学体系中进行的。
此外,溶电解液中的络酸(HAuCl4),还可部分水解(虽然在高酸浓度下不显着)成HAuCl3OH:
HAuCl4+H2O HAuCl3OH+HCl
因为电解液中存在HAuCl4、HAuCl3OH、HCl和H2O,它们在溶液中可离解成如下的离子:
H2O H++OH-
HCl H++Cl-
HAuCl4 H++AuCl4-
AuCl3 Au3++3Cl-
HAuCl3OH H++AuCl3OH-
AuCl4 Au3++4Cl-
AuCl3OH Au3++3Cl-+OH-
这些离子的存在,相应地在阳极和阴极上或许发作如下反响。
在阳极上:
Au-3e Au3+ (1)
2OH--2e H2O+O2 (2)
Cl--eCl2 (3)
〔AuCl4〕--e AuCl3+Cl2 (4)
2〔AuCl3OH〕--2e 2AuCl3+H2O+O2 (5)
Au-e Au (6)
上述反响除(1)和(6)式外,其他均为有害反响。但当阳极邻近氯离子浓度增高时,这些有害反响能够削减至最低极限。
在阴极上,或许发作氧和金离子的放电:
H++e H2 (7)
Au3++3e Au (8)
Au++e Au (9)
上述反响因为氢的超电压,使阴极上发作氢的显着极化,故式(8)反响比式(7)更易进行。式(8)与式(9)的分出电位很附近(3价金为0.99V,1价金为1.04V),在阳极上两种离子或许一同进入溶液,在阴极上也将一同放电。但增大电流密度就可削减1价金离子的生成,也削减式(9)的反响。
在介质中电解金,阳极所含的银会与阴离子氯生成氯化银壳覆于阳极表面。含银5%或更多时,甚至可使阳极钝化放出,而阻碍阳极的溶解。严峻时,甚至会中止电解作业。为了使掩盖在阳极表面的氯化银掉落,而不阻碍电解的正常进行,经沃耳维尔于1908年改善的可用于含银很高的金的电解办法,是在向电解槽中通入直流电的一同,堆叠与直流电电流强度略大的沟通电。此两种电流堆叠一同,组成一种兼并的与横坐标轴不对称的脉动电流(图1),在堆叠沟通电流的电解进程中,金的分出仍取决于直流电电流强度而遵守法拉第规律。沟通电的效果,是电流强度在与横坐标不对称的脉动电流曲线处在最大值的瞬间,电流密度到达很大的数值,致使阳极上开端分解出氧气。经过如此断续而均匀的震动,进行阳极的主动净化,使掩盖在阳极上的化银壳疏松、掉落,然后发明不阻碍电解正常进行的条件。图中,兼并的脉动电流强度为:
J脉动=
图1 交、直流及兼并电动势
选用交直流堆叠电流的电解,还能进步电解液温度,特别是能够使从阳极上落入阳极泥中的粉状金,由约10%下降至约1%左右,以削减阳极泥中的含金量,进步金的直收率。为此,即便在阳极板含银很低时,也应运用交直流堆叠的电流。
直流电与沟通电的份额一般为1∶1.5~2.2。跟着电流密度的增大,也需求相继增高电解液的温度和酸度。因温度越高和含酸越多时,不使阳极钝化的答应电流密度也越大。
沃耳维尔法电解金的条件,一般为电解液含金60~120g∕L,100~130g/L,液温65~70℃。这时,阴极容许的最大面积电流为1000~3000A∕m2,槽电压0.6~1.0V。当阳极含许多杂质时,阴极电流密度可降至500A∕m2。
在含游离的电解液中,金多以较安稳的3价氯氢金酸(HAuCl4)的方式存在。但溶液中也存在1价的亚氯氢金酸(HAuCl2)。此两种金盐,能发作下列的可逆副反响:
3HAuCl2 2Au+HAuCl4+2HCl
生成1价金的副反响,可使阳极中约10%的金沉积进入阳极泥中。为了削减阳极上生成1价金离子,金的电解都无例外地选用大的电流密度和交直流堆叠电流。
综上所述,金在电解时电极上首要发作下列生成Au+和Au3+的离子反响(阳极上反响向右进行):
Au+2Cl 〔AuCl2〕-+e
〔AuCl2〕-+2Cl- 〔AuCl4〕-+2e
Au+4Cl- 〔AuCl4〕-+3e
即电解进程中,阳极上首要发作金的氧化熔解反响。杂质的行为,则与它的电位有关。电性比金负的杂质,除银氧化溶解后敏捷与氯离子结合生成氯化银外,铜、铅、镍等贱金属杂质均进入溶液。铱、锇(包含锇化铱)、钌、铑不溶解进入阳极泥中。铂和钯的离子化倾向程度小,理应不溶解。但在粗金中,铂、钯一般与金结组成合金,故有一部分常与金一道进入溶液,但并不在阴极分出。只有当电解液中铂、钯堆集的浓度过大(Pt50~60g∕L,Pd15g∕L以上)时,才会与金一道分出。
电金在阴极分出的细密性,随电解液中金浓度的增高而增大,故金的电解均运用高浓度金的电解液(许多工厂在电解造片和出产中,均运用含金250~350g∕L的电解液)。但据O.E.兹发京采夫的材料,美国造币厂前期用沃耳维尔法电解金,在面积电流是550~700A∕m2,运用含金50~60g∕L、60~70g∕L的电解液。一般,当电解液中含于30g∕L、面积电流在1000~1500A∕m2时,分出的金也能很好地粘附在始极片上。
电流的周期反向(或称换向)电解技能,是首要用于电镀出产的,它使镀件取得了光亮的高质量镀层。因为它是在正常供电条件下,每隔必定时刻(多为50~150s)将正极供入的电流主动切换至负极,经2~4s再主动切换至正极,如此来回换向,一台供电设备每年需频频换向数十万甚至数百万次。因此,此项技能直至大功率可控硅整流器和无触点快速换向开关面世后,才于1969年先后在日本、赞比亚、美国和南非几家大型铜厂的电解中取得使用。我国的周期反向电解技能实验始于1971年。1973年在沈阳冶炼厂进行了电流强度6400~7400A(面积电流178~230A∕m2)、正向供电140~150s、反向3~4.2s的铅电解扩展实验。实验成果:电流效率为92.76%~93.37%,电铅产品表面光亮,质量杰出。
周期反向电解的电流效率虽取决于正极供入电流,负极换向瞬间供入电流属“无用功”,但它可将阴极上成长的尖形粒了反溶除掉,避免极间短路,并产山质量杰出的电解产品。且经过电流的频频换向和来回振动,可避免浓差极化,并使阳极表面厚硬的阳极泥层硫松掉落,避免阳极钝化。为此,沈阳黄金学院于90年代以来展开了周期反向用于金电解的实验。成果证明它可代替交直流堆叠供电的沃尔维尔法,不需堆叠沟通电流。供入直流电流的波形改变如图2,设备及其衔接示于图3。图中,周期换向整流器可在正向3~150s、负向1~40s间自在调整。电解槽为聚硬塑料槽。电解液温度由蛇形玻璃管经泵送入的热水直接加热,热水供入速度由感温器测定电解液温度,并经过控温仪主动操控热水直销泵的关停和发动,来到达电解要求的温度。
图2 周期主动换相时刻和电流波形暗示
图3 周期主动换相金电解设备
1-周期主动换向整流器;2-导电母线;3-阳极;4-阴极;
5-感温器;6-主动温度操控仪;7-电解槽;8-加热玻璃管;
9-胶管;10-电热主动恒温浒浴;11-泵
因为本工艺历时髦短,其工艺和设备需要不断开发使之完善。