Электролиз. Автоматизация технологического процесса

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Технологические решеия
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 Генеральный план и транспорт
2.1 Выбор площадки строительства
2.2 Характеристика рельефа местности, грунтов и климатичес.
ких условий

2.3 Транспорт
2.4 Основные планировочные решения
3 Архитектурно.строительные решения
3.1 Решения по зданию и сооружениям электролизного отделе.
ния
3.2 Защита строительных конструкций от коррозии
4 Безопасность и экологичность проекта
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

5 Организация и планироваине производства
5.1 Организация производства
5.2 Планировочные решения
5.3 Экономическая оценка вариантов проектных решений
5.4 Технико.экономические показатели проекта
Заключение
Список литературы

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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Снурников А.П. Гидрометаллургия цинка. – М.: Металлургия, 1981. – 383 с.
2 Шиврин Г.Н. Металлургия свинца и цинка. – М.: Металлургия, 1982. – 349 с.
3 Романтеев Ю.П. Металлургия цинка. – Алматы, 1999. – 125 с.
4 Хабаши Ф. Основы прикладной металлургии. – Т.2. Гидрометаллур-гия. – М.: Металлургия, 1975. – 327 с.
5 Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия Pb и Zn. – М.: Металлургия, 1977. – 335 с.
6 Баймаков Ю.В., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. – М.: Металлургия, 1977. – 335 с.
7 Временная технологическая инструкция получения цинка на II серии электролизного цеха цинкового завода. – УК МК АО “Казцинк”, 2001.- 48с.
8 Технологическая инструкция производственного процесса № 12-03-02.- УК “МП” ОАО “Казцинк”, 2000.- 32с.
9 Григорьев В.Д., Фульман Н.И. Об электропереносе легирующих копонентов в свинцовом аноде. //Цветные металлы, 1978. - №8. – С.32-33.
10 Фульман Н.И., Григорьев В.Д. О физико-механических свойствах свинцово-серебряных анодов. //Цветные металлы, 1978. - №10. – С.23-25.
11 Хаскова О.С., Фульман Н.И. Способ извлечения цинка из сернокислых растворов электролизом. /Описание изобретения к Авторскому свидетельству 1073341А.СССР. //Бюллетень ВНИИцветмета, 1984. – №6.
12 СНиП 11-89-80*. Генеральные планы промышленных предприятий. – М., 1994.
13 Основные процессы и аппараты химической технологии. /Под ред. Ю.И. Дымнерского. – М.: Химия, 1983. – 271 с.: ил.
14 Долин П.А. Справочник по технике безопасности. – М.: Энергия, 1982. – 799 с.
15 Лебедева К.В. Охрана труда на предприятиях цветной металлургии: Уч. пособие для техникумов. – М.: Металлургия, 1981. – 392 с.
16 СНиП 11-М.2-72* Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1978.
17 СНиП 11-33-75. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – М.: Стройиздат, 1976.
18 Содово-щелочная очистка сточных вод цинковых заводов. /Л.А. Алферова, Н.Г. Жуматова, Е.Н. Овчинникова и др. //Цветные металлы, 1989. - №5. – С.9-11.
19 Равдель А.А. Краткий справочник физико-химических величин. – Л.: Химия, 1983. – 351 с.
20 Справочник по электрохимии. /Под ред. А.М. Сухотина. – Л.: Химия, 1981. – 488 с.: ил.
21 Агеенков В.Г., Каковский И.Л. Электрогидрометаллургия водных растворов. – М.: Металлургиздат, 1847. – 128 с.
22 Добаи Д. Электрохимические константы. – М.: Мир, 1980. – 138 с.
23 Вершинина Г.В. Организация и планирование производства. Пример организации и планирования производства центра затрат: Методические указания и задания к практическим занятиям. /ВКТУ. – Усть-Каменогорск, 1999. – 36 с.: ил.
24 Хан О.А., Комков Н.М., Гончарова Н.Г. Проектирование металлургических цехов и предприятий: Методические указания к дипломному проектированию. /ВКТУ. – Усть-Каменогорск, 1999. – 62 с.: ил.
25 Совершенствование процесса электролиза цинка на АООТ ЧЭЦЗ. /В.В. Гейхман, Л.А. Казанбаев, П.А. Козлов и др. //Цветные металлы, 2000. - №5. – С.23-27.
26 Кирьяков Г.З. Электродные процессы в сернокислых растворах цинка. – М.: Наука, 1964. – 187 с.: ил.
27 А.с. 1713983 (SU) С25 В11/10. Способ изготовления титан-диоксидно-марганцевого анода/ Ж.М.Кебадзе, Т.К.Чкония. № 4775816/26; Заяв. 29.12.89; - Опубл. 23.02.92г. Бюл № 7 – 2с.
28 А.с. 2166565 (RU) С25 В11/10. Анод/ Н.В.Ходов. № 99120650/12; Заяв. 05.10.99; - Опубл. 10.05.01г. – 3с.
29 Хан О.А., Фульман Н.И. Новое в электроосаждении цинка. – М.: Ме таллургия, 1979. – 79 с.

Дисциплина: Горное дело
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.
ЭЛЕКТРОГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ, 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 мгдм3 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

Введение
1 Технологические решеия
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 Генеральный план и транспорт
2.1 Выбор площадки строительства
2.2 Характеристика рельефа местности, грунтов и
климатичес-
ких условий
2.3 Транспорт
2.4 Основные планировочные решения
3 Архитектурно-строительные решения
3.1 Решения по зданию и сооружениям электролизного
отделе-
ния
3.2 Защита строительных конструкций от коррозии
4 Безопасность и экологичность проекта
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
5 Организация и планироваине производства
5.1 Организация производства
5.2 Планировочные решения
5.3 Экономическая оценка вариантов проектных решений
5.4 Технико-экономические показатели проекта
Заключение
Список литературы

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

1. 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 Ам²;
- 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

Наименование сырья, Обозначение Требования к сырью, материалам
топлива и материалов нормативно-технич
еких документов
Очищенный нейтраль-ный Содержание Zn 125-145гдм3;
электролит Содержание примесей не более:
Cd – 2,5 г дм3; Cu – 0,25 мг
дм3;
Co – 2,3 мг дм3; Ni – 0,1 мг
дм3;
Fe – 40 мг дм3; Sb – 0,08 мг
дм3;
F – 100 мг дм3; Cl – 230 мг
дм3;
As – 0,1 мг дм3; Mn – 3-8 г
дм3;
в т.ч. не менее 97,6% Zn;
Уд.вес 1,350 – 1,390 гсм3
Отработанный элек-тролит Кислотность 145-175 г дм3;
Содержание Zn 50-60 г дм3;
Температура 38-42 0С
Охлажденный элек-тролит Кислотность 135-165 г дм3;
Содержание Zn 55-65 г дм3;
Температура 30 + 3 0С
Раствор, поступающий на Содержание H2SO4 135-165г дм3;
электролиз Удельный вес 1,290 гсм3;
Температура 30 + 3 0С
Клей костный (столярный)ГОСТ 2067-93 По сертификату
Сорт высший
Экстракт солодки ГОСТ 22840-77”Е” По сертификату
Сульфат натрия ТУ-6-00-57345 По сертификату
86-89
Сурьмянно-винно кислый ГОСТ По сертификату
калий 6-09-08-1958-88
Углекислый стронций ГОСТ 2821-75 По сертификату
Алюминий листовой для ГОСТ 11069-74 Марка А-5 толщиной 4мм
катодов
Серебро для анодов СТРК 932-92 Марка СрА-I
Свинец для анодов ГОСТ 3778-77 Марка С2, С1
Медная шина ГОСТ 434-78 По сертификату
Резиновая катодная ТУ По сертификату
планка 2500-376-00152106
-94
Аноды многокомпо-нентные 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 гидрометаллургического 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 гидрометаллургического 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:
1) 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].
Типичный химический состав цинкового огарка, %: Zn – 61,5; Pb – 3,2;
Cu – 1; Mn – 0,2; FeO – 3,6; CaO – 0,2; Au – 1,22 гм; Ag – 722 гм; S –
1,7; нерастворимый остаток – 8,4; кислоторастворимый цинк – 97,5 [4].
Выщелачивание огарка проводится в две стадии: нейтральное и кислое.
При нейтральном выщелачивании огарок перемешивают с раствором, содержащим
50-60 гдм³ серной кислоты. При этом происходит растворение всего
сульфатного цинка, огарка и части оксидного цинка. Основная масса цинка
остается в твердой части пульпы, и для ее растворения проводят вторую
стадию – кислое выщелачивание, осуществляемую раствором, содержащим 120-160
гдм³ серной кислоты. Высокая концентрация кислоты в этом переделе
обусловливает переход в раствор одновременно с цинком ряда примесей.
После очистки от примесей раствор идет на электролиз. Полученный при
электролизе отработанный электролит содержит невосстановленный цинк и
серную кислоту (120-160 гдм³), он направляется на выщелачивание [5].
Один раз в сутки цинк вручную сдирают с катодов и транспортируют на
загрузочную площадку катодоплавильного отделения для переплавки с добавкой
хлористого аммония в индукционных печах.
Целесообразнее механизировать процесс сдирки катодного цинка, но
исследования и полупромышленные испытания показали, что для их
промышленного внедрения требуются научные доработки. Кроме того, большим
препятствием для внедрения катодосдирочных машин являются трудности с
организацией транспортировки катодов от ванн к сдирочной машине, принятая
система коммуникации тока непосредственно с анода на катод, малые габариты
цехов, отклонения в размерах анодов и катодов, отсутствие точной фиксации
положения катодов и анодов в ванне [1], учет которых с соответствующим
вложением средств позволит в будущем решить эту задачу.
Снятый катодный цинк укладывают в ровные пачки весом до 1400 кг,
которые погрузчиком транспортируются через весы ОТК на автоцинковоз для
отправки в катодно-плавильное отделение [7].
1.1.6 Электроосаждение цинка из раствора.
1.1.6.1 Теоретические основы процесса электроосаждения цинка.
Электролиз является завершающей стадией гидрометаллургического производства
цинка. Получаемый путем электроосаждения катодный цинк мало чем отличается
по своему составу от готовой продукции – чушкового металла. Электролиз с
переплавкой цинка – наиболее дорогой передел в цинковом производстве (51-
56% от общих затрат на технологические процессы всего завода). Этим
объясняется значение электролиза сульфатных цинковых растворов.
На процессе электролиза резко сказывается качество всех
предшествующих операций – обжига, выщелачивания и особенно очистки
растворов от примесей. Электролизные ванны подчас быстрее и полнее отражают
отклонения в составе нейтрального электролита и повышение содержания
примесей, чем все известные аналитические методы определения качества
электролита
Требования к качеству очищенного раствора, поступающего на
электролиз, непрерывно возрастают. Не так давно контроль качества
нейтрального электролита ограничивался только определением в нем содержания
меди, кадмия, кобальта, мышьяка, сурьмы, железа и марганца. В настоящее
время число анализируемых примесей возросло, а верхний предел допустимых
содержаний их в электролите снизился. Систематически определяют
концентрацию в цинковом электролите хлора, фтора, органических примесей,
периодически – селен, свинец, рений, олово, калий, натрий, магний.
Повышение требований к нейтральному раствору связано не только с
изменением в последние годы состава металлургического сырья (сульфидных
концентратов), вовлечением в переработку значительного количества
окисленных материалов (возгонов, пылей), но и возросшими требованиями к
чистоте металла и необходимостью облегчения сдирки катодного цинка на
катодосдирочных машинах.
Состав нейтрального раствора сульфата цинка, направляемого на
электролиз 3 серии электролизного цеха Усть-Каменогорского цинкового завода
УК МК АО Казцинк: Zn – 125-145 гдм3, Cd – 2,5 мгдм3, Сu – 0,25 мгдм3,
Co – 2,3 мгдм3, Ni – 0,1 мгдм3, Fe – 340 мгдм3, Sb – 0,08 мгдм3, F -
100 мгдм3, As – 0,1 мгдм3, As – 0,1 мгдм3, Mn – 3 гдм3.
Сущность процесса электролиза заключается в следующем. Нейтральный
электролит непрерывно поступает в электролизные ванны, в которых
установлены легированные серебром свинцовые аноды и алюминиевые катоды.
Через ванны пропускают постоянный электрический ток. При прохождении тока
через электролит от анода к катоду на алюминиевых катодах осаждается
металлический цинк.
При этом нейтральный цинковый раствор обедняется цинком и
обогащается серной кислотой, образующейся в результате взаимодействия ионов
водорода с ионами SO42-. Таким образом, электроосаждение цинка протекает в
кислой среде. С целью получения удовлетворительных показателей выхода по
току и удельного расхода электроэнергии подачу нейтрального электролита в
ванны регулируют таким образом, чтобы в отработанном кислом электролите
содержание цинка составляло не менее 50 гл. Выходящий непрерывно из ванн
отработанный кислый электролит направляют далее на выщелачивание огарка или
возгонов.
В процессе электролиза температура электролита в ваннах повышается
под действием электрического тока. Для поддержания заданной температуры
раствора применят индивидуалное охлаждение при помощи змеевиков или
централизованное охлаждение (вакуумно-испарительное или воздушно-
испарительное) путем многократной подачи, в ванну предварительно
охлажденной смеси нейтрального и кислого электролитов. Продолжительность
наращивания катодного осадка на заводах СНГ составляет 24 ч. После этого
катоды вынимают из ванн и сдирают с них цинковый осадок.
В общем виде электроосаждение цинка из чистого сульфатного раствора
может быть представлено следующей схемой:

ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5 O2
(1.1)

Из данной реакции следует, что продуктами электролиза являются
металлический цинк, серная кислота и кислород.
В действительности процесс электролиза значительно сложнее, так как,
кроме цинка в растворе находятся другие катионы и анионы, которые также в
результате электрохимических реакций разряжаются на катоде и аноде и в той
или иной степени влияют на ход электроосаждения цинка.
В данном проектируемом отделении процесс электролиза происходит
следующим образом. Отработанный электролит (H2SO4 – 145-175 гдм3;
температура 38-42 0С) охлаждают и подают в бак-смеситель для смешивания с
нейтральным электролитом, поступающим из электролизного отделения №2. Смесь
готовят в пропорции 1:4. Охлажденная смесь из бака-смесителя по
стеклопластиковым желобам поступает на электролиз.
Соли, кислоты и основания диссоциируют в растворах с образованием
ионов. Ионы, заряженные положительно, называют катионами, а заряженные
отрицательно – анионами. Вода тоже диссоциирует, но очень в малой степени.
Таким образом, определенная часть молекул сульфата цинка, серной кислоты и
воды находится в диссоциированном состоянии, как это видно из следующих
уравнений:

ZnSO4 ↔ Zn2+ + SO42- ;
(1.2)
H2SO4 ↔ 2H+ + SO42- ;
(1.3)
H2O ↔ H+ + OH-.
(1.4)

Под действием постоянного электрического тока, а точнее под влиянием
напряжения катионы движутся к отрицательному электроду (катоду), а анионы к
положительному (аноду). При подходе к электродам катионы и анионы
разряжаются, выделяясь из раствора в атомарном состоянии. Разряд катионов и
анионов сопровождается присоединением или отдачей электронов. В процессе
электролиза цинка положительно заряженными ионами будут ионы цинка (Zn2+) и
водорода (H+), а отрицательно заряженными – группы SO42- и OH-. Рассмотрим
отдельно процессы, происходящие на катоде и аноде.
Катодный процесс:
На катоде могут разряжаться положительно заряженные ионы цинка и
водорода:

Zn2+ + 2e → Zn;
(1.5)
Н2О + 2е → H2 + ОН-.
(1.6)

Как следует из таблицы стандартных потенциалов металлов при 250С
[26] стандартный потенциал цинка равен –0,762 В, а водорода +0,0 В.
Согласно ряду напряжений, на катоде должен идти процесс (1.6). Однако на
практике осаждается преимущественно цинк, а затраты электроэнергии на
разряд ионов водорода и его выделение на катоде обычно не превышают 10-12%
общего расхода электроэнергии, затрачиваемой на электроосаждение цинка из
сульфатного раствора.
Это явление объясняется высоким перенапряжением разряда ионов
водорода на цинке, благодаря которому потенциал его становится в
определенных условиях более электроотрицательным, чем потенциал цинка [1].
Поляризацию катода при разряде на нем катионов водорода называют
перенапряжением водорода на данном катоде – разность потенциалов разряда
ионов водорода в данном растворе и на данном катоде и равновесным
потенциалом водорода в этом же растворе.
Перенапряжение водорода зависит от многих факторов:
а) материала катода;
б) катодной плотности тока: чем выше катодная плотность тока (ДК),
тем выше перенапряжение водорода. Зависимость величины перенапряжения
водорода от плотности тока выражается уравнением Тафеля:

- ηН = а + вlgДК ,
(1.7)

где а и в – коэффициенты;
в) поверхности катода: чем шероховатее поверхность катода при
осаждении рыхлого осадка, тем больше его истинная поверхность, значит
меньше истинная плотность тока на единицу поверхности катода,
следовательно, меньше перенапряжение водорода;
г) температуры: с повышением температуры электролита перенапряжение
водорода снижается;
д) состав электролита:
- в более кислом электролите увеличивается электропроводность его и
снижается перенапряжение водорода;
- присутствие в электролите металла, который может выделиться
одновременно с цинком или раньше его и, на котором перенапряжение водорода
меньше, чем на цинке, вызывает усиленное выделение водорода на катоде, то
есть снижает выход по току. Выделившийся раньше цинка металл образует с ним
микрогальваническую пару, в которой цинк, как более электроотрицательный,
играет роль анода и переходит в раствор, а на катодном участке выделяется
водород;
- с прибавлением в электролит до некоторого предела коллоидов (клей,
желатина) увеличивается перенапряжение водорода.
Вместе с тем повышение перенапряжения водорода является необходимым,
но недостаточным условием для получения высоких технико-экономических
показателей электролиза цинка (выход по току, удельный расход
электроэнергии). Для этого нужно обеспечить еще и снижение концентрационной
поляризации, смысл которой можно понять из следующего. Процесс осаждения
цинка состоит из трех стадий: разряд ионов, осаждение атомов цинка на
катоде, пополнение убыли ионов в прикатодном слое. Поляризация, или
снижение потенциала разряда цинка, возникает в результате замедления второй
и особенно третьей стадии, на которой возникает концентрационная
поляризация вследствие несвоевременного пополнения прикатодного слоя ионами
цинка.
В случае совместного разряда на катоде ионов цинка и водорода
причины выделения водорода на катоде следующие:
- потенциал выделения водорода на цинке при промышленных плотностях
тока более отрицателен, чем потенциал выделения цинка;
- примеси с низким перенапряжением водорода, оседающие на катоде
вместе с цинком, а также структурные и поверхностные неровности осадков
цинка создают условия для выделения водорода.
Как для разряда ионов цинка, так и для разряда ионов водорода
требуются затраты электрической энергии, которая во втором случае
расходуется бесполезно. Поэтому для повышения выхода по току особое
внимание уделяют факторам, повышающим перенапряжение водорода на цинке.
Анодный процесс:
На свинцовом аноде возможно протекание следующих основных процессов:

2Н2О – 4е = 4Н+ + О2
(1.8)
Pb – 2e = Pb2+.
(1.9)

По реакции (1.8) происходит выделение молекулярного кислорода и
регенерация серной кислоты. Реакция (1.9) имеет существенное значение для
стойкости свинцовых анодов и качества катодного цинка.
Процесс растворения свинца замедляется образованием на аноде твердой
пленки окиси свинца – PbO2.
Стойкость свинцовых анодов повышается присадкой к свинцу серебра
0,75%.
В цинковом электролите содержится группа примесей влияющих на
анодный процесс: Mn2+, Cl-, F-.
Ионы двухвалентного марганца окисляются на аноде, образуя различные
соединения:

Mn2+ - 2e + 2H2O = MnO2 + 4H+;
(1.10)
Mn2+ - 5e + 4H2O = MnO4 + 8H+.
(1.11)

Протекание, особенно реакции (1.10) является нежелательной, так как
двуокись марганца образует шлам и если она попадает в анодное пространство,
то неизбежно восстановление до Mn2+.
Образовавшиеся на аноде перманганат-ионы реагируют с имеющимися в
избытке ионами двухвалентного марганца по реакции:

3MnSO4 + 2HMnO4 ( 5MnO5 + 3H2SO4
(1.12)

Образовавшаяся двуокись марганца, осаждаясь на поверхности
нерастворимого анода, уменьшает количество свинца переходящего с анода в
электролит.
Присутствие ионов хлора способствует коррозии свинцового анода, в
связи с тем, что хлорид свинца обладает большей растворимостью, чем сульфат
свинца.
Для анодного процесса ионы фтора оказывают благоприятное влияние,
при их концентрации в электролите 50-100 мгдм³, так как снижают коррозию
свинцового анода. Однако боле высокое содержание этих ионов (более 100
мгдм³) приводит к повышению коррозии.
1.1.6.2 Технико-экономические показатели процесса электролиза.
Выход цинка по току.
Одним из основных показателей электролитического осаждения цинка
является выход цинка по току.
Выход цинка по току – отношение количества цинка, фактически
полученного при электроосаждении, к тому количеству цинка, которое должно
было бы выделиться теоретически, выраженное в процентах.

,
(1.13)

где Р – количество выделившегося цинка;
Q – количество электричества, А∙ч;
а – электрохимический эквивалент, то есть масса металла,
выделяемое одним ампер-часом электричества, г(А∙ч).
По закону Фарадея для выделения одного грамм-эквивалента вещества
затрачивается 26,8 А∙ч, следовательно:

,
(1.14)

где А – атомный масса;
n – валентность металла.

Для цинка г.

Выход по току всегда меньше 100%. Причиной этого является протекание
на катоде одновременно с основным процессом разряда ионов цинка побочных
электрохимических процессов:

2H+ + 2e = H2;
(1.15)
Fe3+ + e = Fe2+.
(1.16)

и вторичных химических реакций:

Zn + 0,5O2 = ZnO;
(1.17)
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.
(1.18)

Выход по току зависит от следующих факторов:
а) от концентрации ионов цинка и водорода в электролите. По мере
снижения содержания цинка в электролите и повышения кислотности его
снижается выход по току. Резко падает выход по току при концентрации цинка
ниже 50-30 гдм3. Происходит постепенное снижение перенапряжения за счет
растворения катодного цинка кислым электролитом, с повышением кислотности
электролита необходимо повышение плотности тока;
б) от катодной плотности тока: с повышением плотности тока
возрастает выход по току, так как возрастает перенапряжение водорода, а
поляризация при осаждении цинка возрастает незначительно;
в) от температуры электролита: с повышением температуры электролита
выход по току падает из-за снижения перенапряжения водорода, поэтому
необходимо электролит охлаждать;
г) от количества примесей в электролите. Механизм действия примесей
на выход по току цинка заключается в следующем: ионы меди, мышьяка, сурьмы,
кобальта, железа, никеля и других, разряжаясь на катоде, создают участки,
на которых перенапряжение водорода будет пониженным по сравнению с цинком,
поэтому на этих участках будет интенсивно выделяться водород за счет
растворения цинка, понижая его выход по току. Происходит это по причине
образования короткозамкнутых микрогальванических элементов, в которых цинк
является анодом, а металл-примесь – катодом. При работе такого элемент анод
будет растворяться:

Zn – 2e = Zn2+,
(1.19)

а на катоде будет выделяться водород:

Н2О + 2е → H2 + ОН-.
(1.20)

д) от состояния катодной поверхности. При увеличении поверхности
катода за счет шероховатости и дендритных образований уменьшается истинная
катодная плотность тока, что приводит к снижению перенапряжения водорода, а
следовательно, и выхода по току.
Для улучшения результатов электроосаждения цинка в электролит всегда
добавляют некоторое количество коллоидов (200-300 г на одну тонну цинка):
столярный клей, желатина и других. Добавка коллоидов в электролит приводит
к образованию гладкого осадка с мелкокристаллической структурой. Коллоид
также увеличивает перенапряжение водорода. Отрицательное влияние коллоида –
повышение сопротивления электролита.
Следовательно, чтобы получить при электролизе высокий выход по току,
необходимо соблюдать следующие условия:
- наличие, по возможности, чистого электролита;
- достаточно высокая концентрация серной кислоты в электролите;
- высокая электропроводность электролита;
- высокая плотность тока;
- хорошая циркуляция электролита;
- низкая температура электролита;
- гладкий и ровный осадок цинка.
Напряжение на ванне.
Неменьшее значение для расхода электроэнергии при электролизе
раствора сульфата цинка имеет напряжение на ванне. Электроды в ванне
соединены между собой параллельно. Поэтому напряжение между электродами
характеризует собой напряжение на ванне.
Для того чтобы началось разложение сульфата цинка, то есть, чтобы
начался электролиз к электродам необходимо приложить какое-то минимальное
напряжение. Величина этого напряжения зависит от химической природы
вещества.

Теоретическое напряжение разложения сульфата цинка составляет 2,35-
2,45 В. В заводской практике фактическое напряжение на ванне находится в
пределах 3,2-3,6 В. Разница между теоретическим и фактическим напряжением
разложения объясняется сопротивлением ванны и поляризацией электродов.
Сопротивление ванны слагается из сопротивления в контактах. Поляризация
электродов создается падением концентрации ионов в растворе у поверхности
катода и анода в ходе электролиза.
Большую часть напряжения на ванне составляют электродные процессы с
учетом поляризации электродов 75-77% - разложение сульфата цинка, на
преодоление сопротивления электролита 15-17%, анодного шлама 1-5%,
контактов 1-2%.
Расход энергии на электролиз.
Напряжение на ванне и выход цинка по току определяют расход энергии
на электролиз. Зная теоретическое напряжение разложения сульфата цинка (-
2,45 В) и электрохимический эквивалент цинка (1,2193 г(А(ч), можно
подсчитать теоретический расход электроэнергии на 1 т катодного цинка.
Количество электрической энергии, теоретически потребляемой в процессе
электролиза, измеряется произведением количества электричества,
пропущенного через ванну, на напряжение разложения.
Удельный расход электроэнергии, затрачиваемый на получение 1 т
катодного цинка, определяется по формуле:

(1.21)

где W – удельный расход электроэнергии, затрачиваемой на получение 1
т. катодного цинка, кВт(чт;
U – напряжение на ванне, В;
η – выход цинка по току, %;
К – электрохимический эквивалент, для цинка 1,2193 г(А(ч).
Теоретический расход электроэнергии в процессе электролиза
составляет около 2000 кВт(чт, фактический 3000-3400 кВт(чт.
На металлургических заводах удельный расход электроэнергии в
процессе электролиза определяют следующим образом: суточный расход киловат-
часов делят на количество катодного цинка в тоннах, полученного за сутки.
Расход электроэнергии при электролизе зависит от:
а) плотности тока, чем выше плотность тока, тем выше расход
электроэнергии;
б) кислотности электролита – с повышением кислотности электролита до
определенного предела расход электроэнергии понижается, а затем вновь
увеличивается. Каждой плотности тока соответствует определенная кислотность
электролита, при которой расход энергии будет минимальным. Расход
электроэнергии будет наименьшим при низких плотностях тока, однако в этом
случае снижается производительность электролизного отделения. Поэтому
оптимальную плотность тока и кислотность электролита выбирают с учетом
многих факторов, способствующих получению более дешевого цинка.
1.1.6.3 Факторы, определяющие процесс электролиза. Состав
электролита и влияние примесей на электроосаждение цинка.
От чистоты цинкового электролита во многом зависят показатели
электролиза цинка. Хорошо очищенный раствор сульфата цинка позволяет
интенсифицировать процесс за счет повышения плотности тока, а также
механизировать трудоемкую операцию сдирки катодного цинка.
Состав электролита в ванне, где проходит процесс электролиза цинка,
определяется в основном составом нейтрального раствора, поступающего в
ванну.
Предел допустимых содержаний примесей в нейтральном растворе: 3,5-7
гдм3 Mn; не более 1 мгдм3 Cd; не более 0,1 мгдм3 As; не более 0,1 мгдм3
Sb; не более 1 мгдм3 Co; не более 0,1 мгдм3 Ni; не более 150 мгдм 3Cl;
не более 30 мгдм3 F.
От концентрации цинка в нейтральном электролите зависит как выход по
току, так и удельный расход электроэнергии на электролиз.
В нейтральном растворе, поступающем на электролиз, по заводским
данным содержится 156 гдм3 цинка. При такой концентрации электролиз может
осуществляться при кислотности 142 гдм3. При этом в отработанном
электролите будет оставаться 54,652 гдм3 цинка. Это следует из реакции
ZnSO4 + H2O → Zn + H2SO4 + 0,5O2, по которой на 65,38 г осажденного на
катоде цинка регенерируется 98 г серной кислоты или на каждый 1 г цинка
образуется 1,5 г серной кислоты.
Повышать беспредельно концентрацию цинка нельзя из-за возможного
ухудшения отстаивания и фильтрации пульпы и растворов в цехе выщелачивания.
Оставлять в отработанном электролите цинка свыше 55 гдм3 невыгодно
экономически, ввиду снижения производительности цеха выщелачивания по
металлу, так как в этом случае с каждого 1 м3 нейтрального электролита
будет извлекаться меньше металла. Поэтому при выборе оптимальной
концентрации цинка в нейтральном электролите руководствуются техническими и
экономическими ... продолжение

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