Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Р ОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

в городе АЛМАЛЫК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Рузибаев Огабек Эргаш угли

на тему: «Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов»

для получения степени бакалавра по направлению

22. 03. 02 Металлургия

Профиль: Металлургия цветных благородных и редких металлов (Металлургия чёрных металлов)

Зав. кафедрой

Руководитель

Алмалык - 2022 г.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Р ОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» в городе АЛМАЛЫК

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой С. Р. Худояров

(подпись И. О. Фамилия)

« » 20 г.

Задание на выпускную квалификационную работу

СТУДЕНТ ГРУППЫ: 5-18ЦМ Рузибаев Огабек Эргаш угли

1. Тема выпускной работы «Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов»

утверждена на заседании кафедры. « » 2022 г.

2. Срок представления выпускной работы

3. Исходные данные к выполнению задания : Цинковый раствор, содержащий 120‒150 г/л Zn, смешанный с отработанным электролитом, с концентрацией 40‒50 г/л Zn и 140‒150 г/л H2SO4, поступает в электролизные ванны. Производительность цеха составляет 90 000 тонн катодного цинка в год.

4. Состав расчетно-пояснительной записки (перечень разрабатываемых вопросов)

Введение, Теоретическая часть, Технологические расчеты, Технико-экономические расчеты, Безопасность жизнедеятельности, Заключение, Литература

5. Состав графической части (список чертежей)

6 . Консультанты по выпускной работе

7. График (план) выполнения выпускной работы

Дата выдачи задания « » 2022 г.

Руководитель выпускной работы

Задание получил

Аннотация

В данной выпускной квалификационной работе изучений Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов.

В работе приводится описание существующие технологической схемы, расчёты материальных и тепловых балансов. Было выбрано основное и вспомогательное оборудование.

Проведён анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов и изучено технические меры защиты от них.

Выпускная квалификационная работа бакалавра изложена на 70 страницах, содержит 2 рисунка, 5 таблиц, 46 формула, список использованных источников из 11 наименований, 3 приложение.

Содержание

Введение . . 6

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 9Свойства цинка и области его применения. . 9Характеристика сырья для производства цинка. . 23Современное состояние производства цинка . . . 29Теоретическая основа электролитического осаждения металлов…. . 33
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ . . . 42Определение размеров ванны42Определение суточной производительности цеха

по катодному цинку43

3. Расчет необходимого количество ванн и катодов . . . 43

1. Определение напряжения на ванне . . . 44
2. Выбор генераторов постоянного тока . . . 48
3. Материальный баланс электролизной ванны . . . 51
4. Расчет теплового баланса . . . 54
5. Расчет системы охлаждения электролита. 56

3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. 58Промышленная вентиляция . . . 58Правила безопасности при работе с электрооборудованием………. . 60Правила обслуживания механизмов и проведения ремонтных ……. 62Электролизный цех. 63

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . 66

Список использованных источников . . 67

ВВЕДЕНИЕ

Цинк - это один из наиболее широко применяемых цветных металлов, использование которого является гарантией устойчивого и долговременного развития общества. [1] . Электрохимическое выделение цинка представляет собой очень сложный процесс, и на него может существенно повлиять любой из большого числа переменных, действующих во время осаждения. Некоторые из задействованных основных параметров пока неизвестны или, по крайней мере, недостаточно изучены, чтобы обеспечить желаемую степень контроля отложений. Электроосаждение цинка особенно чувствительно к присутствию небольшого количества определенных примесей в электролите, которые могут вызвать отравление раствора и снижение выхода по току до неприемлемого уровня. Сложные процедуры очистки раствора, необходимые для удаления этих примесей, значительно увеличивают стоимость процесса электроосаждения. Хотя влияние многих элементов-примесей на гальванические осадки изучалось по отдельности, недостаточно известно о сочетании некоторых условий в ячейках и ваннах с этими элементами. В настоящее время плотность тока, при которой возможно электроосаждение металлов, ограничивается двумя основными факторами. При увеличении плотности тока выделяется слишком много H ₂ . Это может быть результатом повышенной температуры ванны, а не результатом более высокой плотности тока, поскольку было продемонстрировано, что небольшие изменения температуры (5°C) могут привести к гораздо более низкой эффективности тока. Также поверхность отложений, сделанных при более высокой плотности тока, обычно шероховатая, нерегулярные и дендритные. Такие отложения могут привести к снижению эффективности всего процесса на несколько процентов из-за низкой эффективности плавления катода. Кроме того, существует тенденция захватывать электролит включениями на поверхности этих электродов, что приводит к более высоким уровням примесей в конечном металле. Автоматизация процесса электроосаждения, ведущая к снижению трудозатрат, станет возможной только после полного понимания и контроля процесса электрокристаллизации цинка и морфологии получаемых электродов. На сегодняшний день очень мало сделано для установления взаимосвязи между электрохимической обработкой и получающимися в результате ориентациями и морфологиями. Это особенно верно для более толстых объемных покрытий, получаемых при электролизе, в отличие от тонких, мелкозернистых гальванических покрытий.

Учёны Сато провел подробное исследование кристаллографических аспектов цинка, нанесенного электроосаждением на поликристаллические катоды . Методами электронной дифракции и электронной микроскопии им показано, что ориентация и текстура электроосажденного слоя цинка могут быть обоснованно интерпретированы с точки зрения развития кристаллографических плоскостей при различной степени воздействия водорода и/или органических коллоидов при относительно постоянных прочих факторах. Ли сравнивает различные органические коллоиды с разным числом золота (меры адсорбционной способности) и их способность значительно изменять ориентацию и, следовательно, текстуру, нанесенного цинка. Аналогичным образом Редди проанализировал условия развития текстуры в никелевых гальванических осадках. Он считает, что рост кристалла состоит из нескольких стадий развития. Существует одна стадия, когда на ориентацию осаждаемого металла влияет подложка. Во время второй стадии роста (переходной стадии) рост кристаллов больше зависит от условий ячейки и меньше зависит от подложки. Наконец, предпочтительная стадия ориентации развития кристалла определяет ориентацию и текстуру гальванопокрытий. Обсуждаются и другие факторы, влияющие на рост кристаллов, такие как адсорбированный атомарный водород.

Исследование электролиза цинка из чистых растворов кислых сульфатов было проведено Коулом . Были изучены различные аспекты процесса, такие как температура, материал электрода, примеси и т. д., и полученные ориентации и морфология были использованы для описания возможного механизма роста цинка. М. В. Зверева и А. Л. Ротинян исследовали механику электрохимических реакций цинка в сульфатных растворах. Механизм кристаллизации цинка согласуется с предложенным в данном исследовании. Было показано, что изменение отношения кислоты к цинку приводит к небольшому изменению положения поляризационных кривых, но форма двух линейных участков кривой остается неизменной. Повышение значений рН от 0 до 2 вызывало сдвиг кривых в сторону более высоких значений потенциала с последующим снижением потенциала при дальнейшем увеличении рН. В этом исследовании кристаллизации цинка проводится анализ роста кристаллов и дендритов путем сопоставления ориентации, морфологии и потенциального поведения. Обсуждается влияние добавок животного клея на эти факторы.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. 1. Свойства цинка и области его применения

Цинк - блестящий голубовато-белый металл, плотность металлического цинка составляет 7, 14 g/cm ³ , жидкого 6, 9 g/cm ³ . Он находится в группе II периодической таблицы. Он хрупкий и кристаллический при обычных температурах, но становится пластичным и ковким при нагревании от 110°C до 150°C. химически активный металл, который соединяется с кислородом и другими неметаллами и реагирует с разбавленными кислотами с выделением водорода.

Цинк является элементарным металлом. Он указан в Периодической таблице как «Zn», с атомным номером 30 и атомным весом 65, 37, Температура плавления равна 419, 4 °С, кипения 906 °С. Металлический цинк не токсичен, пожаровзрывобезопасен.

Цинк обычно имеет серый металлический цвет, но его можно отполировать до блестящего серебристого блеска. В природе он встречается только в виде химического соединения, а не в виде чистого цинка, и может использоваться в качестве сырья для отливок и покрытий. В эпоху Римской империи люди использовали цинк для сплава меди с латунью для оружия. В этом грубом процессе цинк захватывался медью во время нагревания руды, хотя в то время мало что понимали о важности цинка в металлургии. Название цинка может быть получено из немецкого слова «zinn», что означает олово. Научное открытие цинка приписывают Надреасу Сигизмунду Маргграфу, немецкому химику, который выделил чистый цинк в 1746 году. Вскоре после этого Уильям Чемпион основал в Бристоле, Англия, первое производственное предприятие, или плавильный завод. Только около 5% мировых поставок цинка добывается в Соединенных Штатах, а остальная часть поступает в основном из Индии, Мексики и Канады. Приблизительно 6, 7 миллиона метрических тонн цинковой руды производится во всем мире. Примерно две трети цинка, используемого в США, импортируется.

Он используется в основном для цинкования железа, более 50% металлического цинка идет на цинкование стали, но также важен при получении некоторых сплавов. Он используется для отрицательных пластин в некоторых электрических батареях, а также для кровли и водосточных желобов в строительстве. Цинк является основным металлом, используемым при изготовлении американских пенни, используется при литье под давлением в автомобильной промышленности. Оксид цинка используется в качестве белого пигмента в акварели или красках, а также в качестве активатора в резиновой промышленности. В качестве пигмента цинк используется в пластмассах, косметике, фотокопировальной бумаге, обоях, типографских красках и т. д., а в производстве каучука его роль заключается в том, чтобы действовать как катализатор во время производства и как рассеиватель тепла в конечном продукте. Металлический цинк входит в состав большинства разовых таблеток, считается, что он обладает антиоксидантными свойствами, которые защищают от преждевременного старения кожи и мышц тела.

Очень распространено использование в аккумуляторной промышленности при получении никель-цинковой смеси. Кроме того, он в основном используется в качестве кровельного и кровельного утеплителя. Кровельные применения широко используются при покрытии плит материалом, разделении всех благородных видов руд и использовании их в качестве компонента. Он также используется в качестве рудника сплава, то есть в качестве сырья для создания многих драгоценных металлов, таких как латунь, гальванизация, алюминий, медь, магний. Не следует забывать о его важности в литейных формах в автомобильной промышленности.

Цинк является очень распространенным веществом, встречающимся в природе. Многие продукты питания содержат определенные концентрации цинка. Питьевая вода также содержит определенное количество цинка, которое может быть выше при хранении в металлических резервуарах. Промышленные источники или свалки токсичных отходов могут привести к тому, что количество цинка в питьевой воде достигнет уровня, который может вызвать проблемы со здоровьем. Цинк встречается естественным образом в воздухе, воде и почве, но концентрация цинка увеличивается неестественным образом из-за добавления цинка в результате деятельности человека. Большая часть цинка добавляется во время промышленной деятельности, такой как добыча полезных ископаемых, сжигание угля и отходов и обработка стали. Некоторые почвы сильно загрязнены цинком, и их можно найти в районах, где цинк необходимо добывать или очищать, или где осадок сточных вод с промышленных зон использовался в качестве удобрения. Цинк является 23-м наиболее распространенным элементом в земной коре. Доминирующей рудой является цинковая обманка, также известная как сфалерит. Другими важными цинковыми рудами являются вурцит, смитсонит и гемиморфит. Основными районами добычи цинка являются Канада, Россия, Австралия, США и Перу. Мировая добыча превышает 7 миллионов тонн в год, а промышленно эксплуатируемые запасы превышают 100 миллионов тонн. Более 30% мировой потребности в цинке удовлетворяется за счет вторичной переработки.

Цинк является микроэлементом, необходимым для здоровья человека. Когда люди поглощают слишком мало цинка, они могут испытывать потерю аппетита, снижение вкуса и обоняния, медленное заживление ран и язвы на коже. Нехватка цинка может даже вызвать врожденные дефекты. Хотя люди могут справляться с пропорционально большими концентрациями цинка, слишком большое количество цинка может вызвать серьезные проблемы со здоровьем, такие как спазмы желудка, раздражение кожи, рвота, тошнота и анемия. Очень высокий уровень цинка может повредить поджелудочную железу, нарушить белковый обмен и вызвать атеросклероз. Обширное воздействие хлорида цинка может вызвать респираторные заболевания. Заражение цинком на рабочем месте может привести к гриппоподобному состоянию, известному как металлическая лихорадка. Это состояние пройдет через два дня и вызвано чрезмерной чувствительностью. Цинк может представлять опасность для нерожденных и новорожденных детей. Когда их матери поглощают большие концентрации цинка, дети могут подвергаться его воздействию через кровь или молоко своих матерей.

Производство цинка в мире продолжает расти. В основном это означает, что все больше и больше цинка попадает в окружающую среду. Вода загрязнена цинком из-за наличия большого количества цинка в сточных водах промышленных предприятий. Очистка этих сточных вод неудовлетворительна. Одним из последствий является то, что реки откладывают на своих берегах загрязненный цинком шлам. Цинк также может повышать кислотность воды. Некоторые рыбы могут накапливать цинк в своем теле, когда живут в водоемах, загрязненных цинком. Когда цинк попадает в организм этих рыб, он может увеличить пищевую цепочку. Большое количество цинка можно найти в почвах. Когда почвы сельскохозяйственных угодий загрязнены цинком, животные будут поглощать концентрации, вредные для их здоровья. Водорастворимый цинк, находящийся в почве, может загрязнять грунтовые воды. Цинк представляет угрозу не только для крупного рогатого скота, но и для видов растений. Растения часто поглощают цинк, с которым их системы не справляются из-за накопления цинка в почве. На богатых цинком почвах шансы на выживание есть только у ограниченного числа растений. Поэтому вблизи заводов по утилизации цинка не так много растительного разнообразия. Из-за воздействия на растения цинк представляет серьезную угрозу для сельскохозяйственных угодий. Несмотря на это цинксодержащие навозы все еще применяются. Наконец, цинк может прерывать активность в почвах, так как отрицательно влияет на деятельность микроорганизмов и дождевых червей. Из-за этого распад органики может серьезно замедлиться.

В современной промышленности цинк занимает особое среди множества металлов место. С дополнительным легированием цинк получает достаточно благоприятные свойства механического, технологического и физического характера. В зависимости от того, какая марка цинка используется, из него получают сплавы, цинкуют сталь, изготавливают полуфабрикаты и соединения. С помощью цинкования от коррозионного воздействия защищается стальная проволока, лента, лист, арматура, крепежные детали и многое другое. Распространенными являются и цинковые сплавы, кроме которых большим спросом пользуется плоский прокат из цинка: плита, лист, фольга и другие. Цинк, в основном, используется для получения огромного количества сплавов. Использоваться цинковый сплав может как материал конструкционный, так и неконструкционный. В первом случае, сферой применения является приборостроение, полиграфия, судостроение, авиационная и машиностроительная промышленность. Из цинкового сплава в качестве неконструкционного материала выливается анод протектор, изготавливаются припои, а также им покрываются стальные листы, которым после такой обработки коррозия совершенно не страшна. И хоть сейчас объемы отливки из цинковых сплавов снижаются, в будущем выпуск таких изделий стремительно возрастет, ведь они являются чрезвычайно эффективными в случае необходимости получения отливок с особо тонкими стенками. Цинковые сплавы отличаются также превосходной возможностью получения хорошего гальванического покрытия.

После железа, алюминия и меди цинк является четвертым наиболее широко используемым металлом в мире . В 2018 году во всем мире было произведено около 13, 2 млн метрических тонн рафинированного металлического цинка, и этот уровень производства практически не изменился за последнее десятилетие. Китай является крупнейшим в мире производителем цинка, на его долю приходится почти 40% мирового производства, а Австралия имеет самые большие запасы цинка в мире.

Цинк является 16-м наиболее распространенным металлом и 23-м наиболее распространенным элементом в земной коре соответственно. Его больше, чем меди, хотя мировое производство меди значительно превышает производство цинка. Мировое производство цинка осуществляется в основном из его руды, сульфида цинка, широко известного как сфалерит. Почти половина всего производимого цинка идет на гальванику; процесс покрытия железа или стали тонким слоем цинка для защиты от коррозии. Этот процесс может резко увеличить возможность вторичной переработки стали и железа. Помимо использования для гальванизации, цинк широко используется для изготовления сплавов, наиболее распространенным из которых является латунь. Латунь представляет собой сплав меди и цинка с небольшим содержанием свинца и олова.

---

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда