Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
ый период электроэнергия на катоде расходуется не для осаждения цинка, а для его растворения).
Чередование при реверсивном токе катодной активации и анодной пассивации свинцового анода приводит к повышенному коррозионному разрушению анодов и, как следствие, к увеличению загрязнения катодного осадка свинцом и другими примесями. Возникают особые требования к чистоте электролита и электродов. В связи с этим представляет интерес электроосаждение цинка прерывистым током, при котором на аноде в период бестоковой паузы не происходят никакие электрохимические реакции.
Электролиз с применением прерывистого тока был испытан в полупромышленных условиях на Лениногорском цинковом заводе. Испытания показали, что катодные осадки цинка получаются мелкокристаллическими с очень гладкой поверхностью, благодаря чему при электролизе поддерживается высокая истинная плотность тока. Последнее повышает перенапряжение выделения водорода и уменьшает коррозию на катоде цинка, в результате чего выход цинка по току возрастает. Одновременно за счет уменьшения среднего значения анодного потенциала снижаются напряжение на ванне и расход электроэнергии.
Результаты испытаний свидетельствуют о перспективности интенсификации электролиза цинка с применением прерывистого тока .[1], [5]
5. Практическая часть
Производительность электролизного цеха 180000 т чушкового цинка в год, число рабочих дней в году 365, среднее число рабочих часов для электролизной ванны 23,5 (коэффициент машинного времени ванны 98%), выход цинка по току 93%, угар и переход в дросс при переплавке катодного металла 4%. На приготовление цинковой пыли, используемой для очистки растворов, расходуется 5% чушкового цинка. Катодная плотность тока 600 А/м2. Состав отработанного электролита, г/л: 50 Zn; 150 H2SO4. Температура электролита 35 С, температура окружающей среды в цехе 25 С, температура наружных стен ванны 30 С.
Определение размеров и числа электродов в ванне, силы тока на ванне и количества ванн в цехе
Зная суммарную величину потерь цинка и количество металла, затрачиваемое на изготовление цинковой пыли, находим, что общее количество катодного цинка должно быть на 4+5=9 % больше количества чушкового металла. Тогда годовая производительность цеха по катодному цинку составит, т/год:
1,09=196200,
а суточная, т/сут:
:365=537,5
Суммарная поверхность катодов в цехе определяем по уравнению
,
где m - суточная производительность цеха по катодному цинку, т; D - катодная плотность тока, А/м2; q - электрохимический эквивалент цинка, q=1,219 г/(Ач); ? - выход цинка по току, ?=0,93; ? - продолжительность работы ванны в сут/ч.
Подставляя известные данные в уравнение, будем иметь, м2:
F=537,5106:(6001,2190,9323,5)=3,73104 м2.
Определим размеры катода. Катоды изготавливают из алюминиевого листа размером 1000x666x6 мм. На края катода помещают резиновые рейки для уменьшения дендритообразования и облегчения съема осадка цинка. Рейки уменьшают рабочую ширину катода на 10 мм с каждой стороны. При коэффициенте заполнения ванны электролитом, равном 0,85 - 0,90, катод погружается на глубину 0,86 м, тогда рабочая поверхность одного катода (с двух сторон), м2:
fк = 0,860,6462=1,11.
Общее число катодов в цехе равно, шт.:
,73104:1,11=33661 (округленно 33660 шт.)
На основании опыта работы отечественных и зарубежных цинковых заводов принимаем силу тока на электролизной ванне равной 16000 А. Тогда суммарную рабочую поверхность катодов в одной ванне определим из соотношения, м2:
f=J:D=16000:600=26,6
Зная суммарную поверхность катодов в ванне и поверхность одного электрода, находим число катодов в ванне, шт.:
nк=f:fк=26,6:1,11=24.
Определяем число анодов, шт.:
nа=nк+1=24+1=25.
Находим число постоянно работающих ванн в цехе, шт:
Nр=33660:24=1403.
Так как часть ванн постоянно находится на ремонте и на очистке от шлама, то общее число ванн в цехе должно быть увеличено с учетом резерва. Принимая амортизационный период ванны 10 лет, находим общее число ванн в цехе, шт:
Nобщ=1403(1+1:10)=1543,
или округленно, с учетом удобства расположения ванн в цехе, 1544.
Определение линейных размеров электролизной ванны
Внутреннюю длину ванны можно рассчитать по формуле:
,
Где na - количество анодов в ванне; ?a - толщина анода, ?a=8 мм; nк - число катодов в ванне; ?к - толщина катода, ?к=6 мм; l - расстояния от крайних анодов до торцевых стенок ванны, обычно k1=k2=200 мм.
Подставляя известные величины, будем иметь, мм:
L=258+246+224+200+200=1848.
Внутреннюю высоту ванны определим по уравнению
H=hк+?,
Где hк - высота катода, мм; ? - расстояние от нижней кромки катода до дна ванны, ?=400 мм.
H=1000+400=1400 мм.
Внешние размеры ванны находим путем сложения соответствующего внутреннего размера с толщиной стенок или дна. Принимаем толщину торцевых стенок ?т=90 мм, боковых стенок ?б=120 мм и дна ?д=100 мм. Тогда внешняя длина ванны составит, мм
L=L+2?т=1848=290=2028.
Внешняя ширина ванны составит, мм:
В=В+2?б=870+2120=1110.
Внешняя высота ванны составит, мм:
H=H+?д=1400+100=1500.
Определяем внутренний объем ванны, м3:
V=LBH=18488701400=2250864000 мм3=2,25.
Ванна заполняется электролитом примерно на 85 - 90% своего внутреннего объема. Следовательно, объ