Электролиз. Автоматизация технологического процесса
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 113 страниц
В избранное:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Восточно-Казахстанский государственный технический университет
им. Д. Серикбаева
Кафедра химии цветной и порошковой металлургии
ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ
Зав. кафедрой
Н. А. Куленова
« ___ »2003 г.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
ДП
Тема: Проектирование отделения электролиза сульфатных цинковых растворов на УК МК ГМЦ АО “Казцинк”
Руководитель
к. т. н., доцент
Студент
Группа
« » 2003 г
Усть-Каменогорск 2003
Консультанты:
1 Консультант по экономике
металлургических предприятий
Зав. кафедрой
"" 2003г.
2 Консультант по автоматизации
металлургических производств
к. т. н, доцент
""2003г.
3 Консультант по охране труда
и экологии
старший преподаватель
""2003г.
4 Рецензент
Гл. металлург отдела
обогащения, металлургии
и экологии ТОО “Казгипроцветмет”
""2003г.
5 Нормоконтролер
старший преподаватель
""2003г.
АННОТАЦИЯ
Проект содержит пояснительную записку на 119 листах с 2 рисунками, 29 таблицами, 5 чертежами, библиографическим списком из 29 названий.
, КАТОДНЫЙ ЦИНК, ЭЛЕКТРОЛИЗНАЯ ВАННА, НЕЙТРАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, ОТРАБОТАННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ ВОДОРОДА, ВЫХОД ЦИНКА ПО ТОКУ, ПЛОТНОСТЬ ТОКА, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, ТЕПЛОВАОЙ БАЛАНС, БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ, ТИТАН-ДИОКСИДНО-МАРГАНЦЕВЫЙ АНОД, СЕБЕСТОИМОСТЬ.
Целью работы является выполнение технического проекта отделения электролиза электролитного цеха Усть-Каменогорского цинкового завода МК АО «Казцинк» на базе данных, отвечающих последним достижениям науки и практики электролитического получения цинка с выбором оптимального режима электролиза.
С целью интенсификации процесса получения цинка гидрометаллургическим способом в проекте предусмотрена очистка нейтрального раствора от хлора медно-хлорной очисткой до концентрации хлора 100 мг/дм 3 с последующим технико-экономическим обоснованием результатов.
В проекте осуществлен выбор технологической схемы, выполнены расчеты материального, теплового балансов и баланса напряжения на основании материального баланса и данных по современному состоянию работ в области аппаратурного оформления процесса электролиза растворов сульфата цинка, выбрано основное и вспомогательное оборудование отделения.
Экономические расчеты выполнены на основании прогрессивных норм выработки и расходных коэффициентов, отражающих современный уровень развития цинковой подотрасли. В проекте в необходимом объеме рассмотрены вопросы охраны труда и окружающей среды.
Графическая часть проекта состоит из чертежей плана цеха, основного оборудования (электролизных ванн), принципиальной технологической схемы, функциональной схемы автоматизации отделения электролиза и таблицы технических показателей анодов.
Содержание
1. 1 Технология производства
1. 1. 1 Основные сведения о заводе
1. 1. 2 Краткая характеристика предприятия и исходные данные для его проектирования
1. 1. 3 Сырьевая база, характеристика сырья
1. 1. 4 Обзор способов переработки цинксодержащих концентратов
1. 1. 5 Анализ работы действующего предприятия
1. 1. 6 Электроосаждение цинка из сульфатных растворов
1. 1. 6. 1 Теоретические основы процесса электроосаждения цинка
1. 1. 6. 2 Технико-экономические показатели процесса электролиза
1. 1. 6. 3 Факторы, определяющие процесс электролиза
1. 1. 7 Условия получения цинка высокой чистоты
1. 1. 8 Основные пути совершенствования электролиза цинка. Анализ научно-исследовательских работ
1. 1. 9 Техническое решение изобретения, используемого в проекте
1. 1. 10 Переплавка катодного цинка
1. 1. 11 Расчеты технологического процесса
1. 1. 11. 1 Определение числа и размеров ванн
1. 1. 11. 2 Материальный баланс процесса электролиза растворов сульфата цинка
1. 1. 11. 3 Баланс напряжения на ванне
1. 1. 11. 4 Расчет числа последовательных цепей и размещение ванн в цехе
1. 1. 11. 5 Расчет удельного расхода электроэнергии на тонну цинка
1. 1. 11. 6 Тепловой баланс ванны
1. 1. 11. 7 Расчет процесса переплавки катодного цинка
1. 1. 12 Выбор основного оборудования
1. 1. 12. 1 Характеристика основного оборудования
1. 1. 12. 2 Выбор электролизных ванн
1. 1. 12. 3 Выбор источника электроснабжения и схемы питания ванн током
1. 1. 12. 4 Выбор оборудования для охлаждения электролита
1. 1. 13 Приготовление вспомогательных растворов
1. 1. 14 Опробование и контроль
1. 1. 15 Снабжение электролизного отделения сжатым воздухом, водой, паром. Промышленная канализация
1. 1. 16 Обслуживание процесса электролиза
1. 1. 17 Дозировка добавок
1. 2 Автоматизация технологического процесса
1. 2. 1 Процесс электролиза растворов сульфата цинка как уп-
равляемый процесс
1. 2. 2 Система контроля и регулирования технологических пара метров
2. 2 Характеристика рельефа местности, грунтов и климатичес-
ких условий
3. 1 Решения по зданию и сооружениям электролизного отделе-
ния
4. 1 Охрана труда
4. 1. 1 Общие вопросы безопасности при электролизе
4. 1. 2 Содержание территории
4. 1. 3 Параметры микроклимата
4. 1. 4 Вентиляция
4. 1. 5 Освещение
4. 1. 6 Электробезопасность
4. 1. 7 Защитное заземление. Расчет заземления
4. 1. 8 Пожарная безопасность
4. 2 Охрана окружающей среды
4. 2. 1 Общие сведения
4. 2. 2 Расчет размеров очистных сооружений
Введение
Цветная металлургия является одной из важнейших и ведущих отраслей тяжелой индустрии Казахстана и от ее состояния зависит развитие всей экономики республики.
Экономика цветной металлургии стран СНГ работает в режиме становления рыночных отношений. Сложившиеся до перехода к рыночным отношениям хозяйственные связи полностью, или почти полностью распались, что привело к спаду производства ввиду нехватки сырья, материалов и оборудования, затруднению в сбыте готовой продукции. Повышение цен на энергоносители привело к росту издержек производства и цен на цветные металлы.
Истощение богатых и легко доступных месторождений вынуждает переход к разработке месторождений с менее эффективными и труднообогатимыми рудами, расположенными в более отдаленных и труднодоступных районах, расширению объемов использования лома и отходов производства.
В связи с вовлечением в переработку труднообогатимых руд, полупродуктов и отходов производства на металлургические заводы стали поступать цинковые концентраты с повышенным содержанием железа, меди и других примесей. Увеличилась на цинковых заводах доля окисленного сырья (вельц-оксидов, фьюминг-возгонов, пылей свинцового и медного производств) .
Кроме того, значительно повысились требования к охране окружающей среды от загрязнения вредными выбросами: отходящими газами и сточными водами. Ужесточились требования к качеству цинка и попутной продукции, возрос спрос на продукцию высшей категории качества.
Все эти недостатки сказались на замедлении темпов внедрения новой техники, технологии и развития научных исследований.
Рост издержек производства на предприятиях цветной металлургии стран дальнего зарубежья компенсируется переходом от ресурсоемкого типа воспроизводства к ресурсоэкономному, что обеспечивается внедрением эффективных энерго-, материало-, ресурсо-, капитало- и трудосберегающих малоотходных и безотходных технологий; автоматизацией производственных процессов на основе средств электронно-вычислительной и микропроцессорной техники; повышение использования ценных компонентов; комплексностью использования сырья и качеством продукции.
Новые законодательные акты Республики Казахстан о недрах и охране окружающей среды, наряду с экономическими условиями развития цветной металлургии (цинковой промышленности, в частности) республики, стимулируют переход предприятий к ресурсоэкономному типу воспроизводства, обеспечению внедрения эффективных малоотходных безотходных технологий.
В связи с ростом потребности в цинке, дальнейшему развитию и совершенствованию технологической схемы его получения с минимальными затратами уделяется большое внимание.
Одним из важнейших переделов в технологической схеме производства цинка гидрометаллургическим способом является электролиз сульфатных цинковых растворов. Этот передел - по существу завершающий в технологии, так как после переплавки электролитически восстановленного цинка получают готовую продукцию - чушковый металл.
На процессе электролиза резко сказывается качество всех предшествующих операций - обжига, выщелачивания и особенно очистки растворов от примесей. Электролиз быстрее и полнее отражает отклонения в составе нейтрального электролита и повышение содержания примесей, чем все известные аналитические методы определения качества электролита.
1 Технологические решения
1. 1 Технология производства
- Основные сведения о заводе. Постановлением Совета Народных Комиссаров СССР и ЦК ВКП(б) от 9 октября 1938г «О развитии алтайских полиметаллических предприятий» и постановлением Совета народных комиссаров и ЦК КП(б) Казахстана от 14 сентября 1939г «О строительстве предприятий цветной промышленности на Алтае» было принято решение о строительстве УК СЦК.
С этой целью в 1939г было образовано управление строительства металлургического завода. Строительство осуществлялось управлением «Укатстрой» треста «Алтайстрой». К началу войны на строительной площадке, расположенной в трех километрах от Усть-Каменогорска, были сданы в эксплуатацию кирпичный завод, жилой поселок, состоящий из одно- и двухэтажных деревянных домов. Поселок имел газоснабжение и был частично электрифицирован.
Однако, с началом ВОВ, финансирование строительства начало сокращаться и с января 1942г стройка была законсервирована. Возобновление строительства цинкового завода было связано с эвакуацией завода «Электроцинк», находящегося в г. Орджоникидзе, Северная Осетия, и 8. 09. 1942г его первые эшелоны с оборудованием и основным составом рабочих, служащий, инженерно-технических работников прибыли на станцию «Защита».
Эвакуация оборудования продолжалась до февраля 1943г. 1 августа 1947г управление строительства завода было ликвидировано. На базе его организуется Усть-Каменогорский цинковый завод в составе следующих подразделений:
- обжиговый цех;
- выщелачивательный цех;
- электролитный цех;
- парокомпрессорный цех;
- ремонтно-строительный цех;
- ремонтно-механический цех;
- электрический цех;
- электрорементный цех;
- транспортный цех;
- химическая лаборатория;
- военизированная охрана.
Технологическая схема стандартная - обжиг концентратов -непрерывное выщелачивание огарка - электролиз - плавка катодного цинка. В этот период проводились подробные испытания цехов, после завершения проверки технологического цинка завод вступил в строй действующих и 25. 09. 1947г выдал первую партию цинка.
1. 1. 2 Краткая характеристика предприятия и исходные данные для его проектирования. В данной работе запроектировано отделение третьей серии электролиза цинка, которая входит в состав электролизного цеха цинкового завода УК МК АО «Казцинк», и представляет собой реконструированное после производства катодной меди электролитическое производство цинка.
Промышленное производство катодного цинка на третьей серии направленно на получение чушкового цинка высоких марок и снижения эксплутационных затрат.
В связи с этим за основу реконструкции взяты следующие технико-технологические решения:
- снижение катодной плотности тока - 480 А/м²;
- увеличение расстояния между центрами одноименных электродов - 60 мм;
- централизованное охлаждение отработанного электролита в воздушных градирнях;
- уменьшение содержания серебра в свинцово-серебряных анодах - 0, 75%;
Данные для проектирования:
- анод изготавливается в прокатанном варианте. Толщина анода 8 мм;
- катодное полотно из алюминия толщиной 4 мм;
- проектная производительность электролизного отделения 27400 тонн цинка катодного в год.
1. 1. 3 Сырьевая база, характеристика сырья в которых цинк содержится в сульфидной форме, и окисленные, содержащие оксидные соединения цинка. Наиболее распространенные в природе руды, в которых находится цинк - сульфидные: сфалерит, галенит, халькопирит и пирит.
Характерной особенностью этих руд является тонкое прорастание минералов друг в друге, мелковкрапленность, благодаря чему получаемые из этих руд цинковые концентраты содержат значительное количество свинца, а свинцовые - цинка.
Монометаллические цинковые руды в природе встречаются очень редко. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые руды, реже встречаются медно-цинковые. Часто руды содержат кроме цинка и свинца, медь, золото, серебро, кадмий и другие металлы.
Цинковые руды из-за невысокого содержания в них извлекаемого металла (1-13%), непосредственно в металлическую переработку не поступаю. Их предварительно обогащают.
Для обогащения полиметаллических руд, содержащих кроме цинка другие металлы, применяют методы селективной или коллективной флотации с последующей селекцией. Целью селективной флотации является разделение рудных минералов с получением по возможности монометаллических концентратов. Флотация при обогащении руд цветных металлов достигла значительных успехов, как по степени извлечения металлов, так и по степени их концентрации. Благодаря флотации на металлургические заводы поступают сравнительно чистые и богатые цинковые концентраты. Примерный состав цинковых концентратов, %: цинка 38-62; свинца 0, 7-6; меди 0, 05-4, 5; железа 2-13; серы - 30-32.
В таблице 1 приведена характеристика основного сырья и материалов, используемых в процессе электролиза.
Таблица 1 - Характеристика сырья и материалов
Содержание Zn 125-145г/дм 3 ;
Содержание примесей не более:
Cd - 2, 5 г/ дм 3 ; Cu - 0, 25 мг/ дм 3 ;
Co - 2, 3 мг/ дм 3 ; Ni - 0, 1 мг/ дм 3 ;
Fe - 40 мг/ дм 3 ; Sb - 0, 08 мг/ дм 3 ;
F - 100 мг/ дм 3 ; Cl - 230 мг/ дм 3 ;
As - 0, 1 мг/ дм 3 ; Mn - 3-8 г/ дм 3 ;
в т. ч. не менее 97, 6% Zn;
Уд. вес 1, 350 - 1, 390 г/см 3
Кислотность 145-175 г/ дм 3 ;
Содержание Zn 50-60 г/ дм 3 ;
Температура 38-42 0 С
Кислотность 135-165 г/ дм 3 ;
Содержание Zn 55-65 г/ дм 3 ;
Температура 30 + 3 0 С
Содержание H 2 SO 4 135-165г/ дм 3 ;
Удельный вес 1, 290 г/см 3 ;
Температура 30 + 3 0 С
ГОСТ 2067-93
Сорт высший
ТУ-6-00-57345
86-89
Содержание: Pb - 99, 25%;
Ag - 0, 75%; Масса анода 54 кг
1. 1. 4 Обзор способов переработки цинксодержащих концентратов.
В современной металлургии цинка применяются два способа получения металлургического цинка: пирометаллургический и гидрометаллургический. В некоторой мере это деление условно, так как и в тех, и в других процессах применяют, хотя и в различной степени, и пирометаллургические, и гидрометаллургические производственные операции.
Пирометаллургические способы заключается в обработке руд и концентратов нагреванием при высоких температурах. Поэтому эти способы называют иногда огневыми. В отличии от пирометаллургических гидрометаллургические процессы основаны на извлечении металлов из сырья и различных полупродуктов водными растворами кислот и других химических реагентов с последующим выделением металлов из растворов.
Для производства металлического цинка применяют оба указанных метода. При пирометаллургическом, или дистилляционном, способе сульфидные цинковые концентраты предварительно обжигают, смешивают с восстановителем (уголь, кокс) и нагревают в специальных печах. При этом окисленные соединения цинка восстанавливают до металла, пары цинка улетучиваются и, охлаждаясь, конденсируются в жидкий металл. В результате пирометаллургической обработки получают два основных продукта: металлический цинк и твердый остаток (раймовка, шлак) .
Для нагрева обожженного цинкового концентрата и окисленных руд с восстановителем используют печи с горизонтальными и вертикальными ретортами, шахтные и электрические печи. Получаемый пирометаллургическим методом цинк загрязнен различными примесями (свинцом, медью, железом, кадмием и др. ) и требует дополнительных операций рафинирования. Условия труда на печах с горизонтальными ретортами тяжелые, поэтому предприятия с этим способом производства постепенно закрывают или реконструируют. Из пирометаллургических методов наиболее прогрессивным является способ получения цинка в шахтных печах, разработанный английской фирмой «Империал Смелтинг». Однако этот метод не обеспечивает получения высококачественного металла.
Сущность метода производства цинка заключается в выщелачивании обожженных цинковых концентратов слабым раствором серной кислоты с целью перевода цинка в раствор в виде сульфата, очистке цинкового раствора от примесей, электролитическом осаждении металла из очищенного сульфатного раствора и плавке катодного цинка в индукционных электропечах.
По сравнению с дистилляционным методом гидрометаллургический способ имеет ряд преимуществ. Главные из них: более полное и комплексное использование сырья, высокая чистота получаемого металла, механизация и автоматизация трудоемких процессов, лучшие санитарно-гигиенические условия труда, меньшая себестоимость продукции.
В связи с описанными выше явными преимуществами, выбираем технологию получения цинка гидрометаллургическим способом.
Технологическая схема производства цинка гидрометаллургическим способом представлена на чертеже 1.
1. 1. 5 Анализ работы действующего предприятия.
Современный цинковый гидрометаллургический завод представляет сложный комплекс разнообразных технологических процессов и аппаратов.
Технологическая схема цинкового завода, перерабатывающего сульфидные цинковые концентраты и другой вид сырья и работающего по замкнутому циклу, включает многочисленные операции, цель которых заключается в приготовлении раствора, удовлетворяющего по своему составу требованиям электролиза.
Операции, предшествующие электролизу, заключаются в следующем:
- обжиг сульфидных цинковых концентратов. Основной целью обжига является перевод сульфида цинка в окись. Обжиг осуществляется в печах с механическим перегребанием, в печах для обжига во взвешенном состоянии или в печах для обжига в кипящем слое.
2) выщелачивание огарка . Цель выщелачивания - перевод цинка в раствор в виде сульфата. Выщелачивание осуществляется отработанным электролитом в чанах с механическим или пневматическим перемешиванием.
Схема выщелачивания бывает периодическая и непрерывная, двух- и одностадийная.
3) очистка растворов. Цель очистки - получение растворов, свободных от примесей, мешающих при электролизе. При очистки используют процессы гидролиза, образование малорастворимых химических соединений, коагуляции, адсорбции, цементации и другие.
Для отделения твердых продуктов от жидких производят отстаивание и фильтрацию растворов, для чего применяют сгустители, вакуум-фильтры, фильтрпрессы и др.
Основными видами цинкового сырья, поступающего на металлургическую переработку, являются сульфидные цинковые концентраты, свинцово-цинковые возгоны и цинксодержащие пыли свинцового и медного производств.
Сульфидные цинковые концентраты после соответствующей подготовки направляются на обжиг, возгоны и пыли на выщелачивание [1] .
Обжиг необходим потому, что сульфид цинка обладает меньшей растворимостью в растворе серной кислоты, чем оксид цинка. Обжиговые газы используются для производства серной кислоты. Агломерация обожженного концентрата не требуется, поскольку мелкие зерна огарка лучше выщелачиваются, чем крупные частицы агломерата [3] .
... продолжениеВы 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
