年產(chǎn)100000噸1#鋅電解鋅的鋅電解沉積系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)100000噸1#鋅電解鋅的鋅電解沉積系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)指導(dǎo)教師：李超姓 名：黃朝福班 級(jí)：冶金12-1班學(xué) 號(hào)：512197108專(zhuān) 業(yè)：冶金技術(shù)完成日期：2014年05月12號(hào)至2014年5月24號(hào) 目錄第一章 冶金緒論l 1鋅的一些性質(zhì)和用途介紹l 2鋅電解槽的概述第二章 冶金計(jì)算l 1鋅電解沉積過(guò)程的物料平衡和能量平衡計(jì)算l 2鋅電解沉積的技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)第三章 主要浸出設(shè)備及輔助設(shè)備的選擇與計(jì)算l 1 主要浸出設(shè)備（浸出槽）的選擇與計(jì)算l 2 主要輔助設(shè)備的選擇與計(jì)算 第一章 設(shè)計(jì)概述1金屬的性質(zhì)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 金屬是一種具有光澤(即對(duì)可見(jiàn)光強(qiáng)烈反射)、富有延展性、容易

2、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。金屬的上述特質(zhì)都跟金屬晶體內(nèi)含有自由電子有關(guān)。在自然界中，絕大多數(shù)金屬以化合態(tài)存在，少數(shù)金屬例如金、鉑、銀、鉍以游離態(tài)存在。金屬礦物多數(shù)是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及硅酸鹽。金屬之間的連結(jié)是金屬鍵，因此隨意更換位置都可再重新建立連結(jié)，這也是金屬伸展性良好的原因。金屬元素在化合物中通常只顯正價(jià)。 有色金屬是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活及國(guó)防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料和重要的戰(zhàn)略物資。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)現(xiàn)代化、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化都離不開(kāi)有色金屬。例如飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星、核潛艇等尖端武器以及原子能、電視、通訊、雷達(dá)、電子計(jì)算機(jī)等尖端技術(shù)所需的

3、構(gòu)件或部件大都是由有色金屬中的輕金屬和烯有金屬制成的；此外，沒(méi)有鎳、鈷、鎢、鉬、釩、鈮等有色金屬也就沒(méi)有合金鋼的生產(chǎn)。有色金屬在某些用途（如電力工業(yè)等）上，使用量也是相當(dāng)可觀的?，F(xiàn)在世界上許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，競(jìng)相發(fā)展有色金屬工業(yè)，增加有色金屬的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。 有色金屬工業(yè)包括地質(zhì)勘探、采礦、選礦、冶煉和加工等部門(mén)。礦石中有色金屬含量一般都較低，為了得到1噸有色金屬,往往要開(kāi)采成百噸以至萬(wàn)噸以上的礦石。因此礦山是發(fā)展有色金屬工業(yè)的重要基礎(chǔ)。有色金屬礦石中常是多種金屬共生，因此必須合理提取和回收有用組分，做好綜合利用，以便合理利用自然資源。許多種稀有金屬、貴金屬以及硫酸等化工產(chǎn)品，都是在處理

4、有色金屬礦石或中間產(chǎn)品以及礦渣、煙塵的過(guò)程中回收得到的。有色金屬生產(chǎn)過(guò)程中通常產(chǎn)生大量廢氣、廢水和廢渣，其中含有多種有用組分，有時(shí)含有有毒物質(zhì)，一些有色金屬也具有毒性。因此，在生產(chǎn)有色金屬的過(guò)程中,必須注意綜合利用與環(huán)境保護(hù)。此外,與鋼鐵的生產(chǎn)相比，一般說(shuō)來(lái)，有色金屬生產(chǎn)需要的能量是比較多的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如從礦石生產(chǎn)每噸鋼能耗以100計(jì)，鎂為 1127，鋁為767，鎳為455，銅為352，鋅為206。因此，在有色金屬工業(yè)中，降低能耗問(wèn)題非常突出。在有色金屬的開(kāi)采、選礦、冶煉、加工及再生回收過(guò)程中,有多種提取方法可資選用。就冶煉過(guò)程而言,通常分為火法冶金、濕法冶金和電冶金?；鸱ㄒ苯鹨话憔哂刑幚砭V能

5、力大,能夠利用硫化礦中硫的燃燒熱,可以經(jīng)濟(jì)地回收貴金屬、稀有金屬等優(yōu)點(diǎn)；但往往難以達(dá)到良好的環(huán)境保護(hù)。濕法冶金常用于處理多金屬礦、低品位礦和難選礦；電冶金則適用于鋁、鎂、鈉等活性較大的金屬的生產(chǎn)。這些方法要針對(duì)所處理的礦物組成選擇使用或組合使用。為了強(qiáng)化有色金屬的冶煉加工過(guò)程,發(fā)展了一系列新技術(shù)、新方法和新設(shè)備，如高壓浸取、流態(tài)化焙燒、有機(jī)溶劑萃取、離子交換、金屬熱還原、區(qū)域熔煉、真空冶金、噴射冶金、等離子冶金、氯化冶金以及連續(xù)鑄軋、等靜壓加工、擴(kuò)散焊接、超塑成型等，大大豐富了冶金學(xué)的理論和工藝，不斷推動(dòng)了有色金屬生產(chǎn)的發(fā)展。 有色金屬大多是加工成材后使用，因此如何合理有效地生產(chǎn)性能良好、物美

6、價(jià)廉的有色金屬材料以取得最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，是個(gè)十分重要的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于有色金屬材料在數(shù)量、品種、質(zhì)量及成本等方面不斷提出新的要求；不僅要求提供更好性能的結(jié)構(gòu)材料、功能材料。 對(duì)其化學(xué)成分、物理性能、組織結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)、加工狀態(tài)、表面與尺寸精度以及產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性等方面的要求也越來(lái)越高?？偟恼f(shuō)來(lái)，有色金屬材料的生產(chǎn)正向大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，這就需要高精度、高可靠性的工藝、裝備、控制技術(shù)與成品檢測(cè)技術(shù)。一些新材料，如半導(dǎo)體材料、復(fù)合材料、超導(dǎo)材料，新技術(shù)如粉末冶金、表面處理等已經(jīng)形成或者正在發(fā)展成為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域2 鋅的性質(zhì)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中

7、的地位 1. 鋅的物理性質(zhì)金屬鋅是銀白色略帶藍(lán)灰色的金屬，斷面有金屬光澤，晶體結(jié)構(gòu)為密排六方晶格。鋅在熔點(diǎn)附近的蒸汽壓很小，液體鋅蒸汽壓隨溫度的升高而急劇增大，這是火法煉鋅的基礎(chǔ)。在不同溫度下鋅的蒸汽壓如下：溫度 /k 692.5 773 973 1180 1223 蒸汽壓 /pa 21.9 188.9 8151.1 101325 150439.1在室溫下鋅很脆，布氏硬度為7.5。加熱到373423k時(shí)鋅變得很柔軟，延展性變好，可壓成0.05mm的薄片，或拉成細(xì)絲。當(dāng)加熱到523k時(shí)則失去延展性而變脆。鋅的主要物理性質(zhì)如下：性質(zhì)單位數(shù)值性質(zhì)單位數(shù)值半徑pm83(zn2+)，125（共價(jià)），13

8、3.2（zn2+），汽化熱kj /mol114.2熔點(diǎn)k692.73密度kg /m37133（300k）沸點(diǎn)k1180熱導(dǎo)率w /(mk)116(300k)融化點(diǎn)kj / mol6.67電導(dǎo)率m5.916108（293k）2. 鋅的化學(xué)性質(zhì) 鋅是元素周期表中第四周期族元素，元素符號(hào)n，原子序數(shù)30，相對(duì)原子質(zhì)量65.39。鋅原子的外電子構(gòu)型為【ar】3d10 4s2，在形成化合物時(shí)容易失去4s軌道上的2個(gè)電子，+2是鋅離子常見(jiàn)的價(jià)態(tài)。 鋅具有較好的抗腐蝕性能，在常溫下不被干燥的空氣、不含二氧化碳的空氣或干燥的氧所氧化。但與含有co2的濕空氣接觸時(shí)表面生成一層灰白色致密的碳酸鋅znco33zn(

9、oh)2薄膜，保護(hù)內(nèi)部鋅不再被腐蝕。鋅在熔融時(shí)與鐵形成化合物，冷卻后保留在鐵表面上，保護(hù)鋼鐵免受浸蝕。 商品鋅易溶于鹽酸中、稀硫酸和堿性溶液中。 鋅的主要化合物有硫化鋅、氧化鋅、硫酸鋅和氯化鋅。 3. 鋅在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 金屬鋅的最大用途是鍍鋅，約占總耗鋅量的40%以上；其次是用于制造各種品牌的黃銅，約占總耗鋅量的20%；壓鑄鋅約占15%左右；其余20%25%主要用于制造鋅基合金、干電池、氧化鋅、建筑五金制品及化學(xué)制品等。鋅廣泛用于航天、汽車(chē)、船舶、機(jī)械、建筑、電子及日用工業(yè)等行業(yè)。 鋅的氧化物多用于橡膠、陶瓷、造紙、顏料工業(yè)；氧化鋅在用作木料的腐蝕劑，硫酸鋅用于制革、紡織和醫(yī)藥等工業(yè)。電解

10、槽的概述： 電解槽主要由左右端壓板、左右端極板、左右極板、中間極板、鎳絲網(wǎng)、隔膜墊片等組成。整個(gè)槽體由二塊端壓板和六根拉緊螺栓將它們夾緊。二組電解小室成串聯(lián)形式。電解槽體的每個(gè)小室由陽(yáng)極板、陽(yáng)付極網(wǎng)、石棉隔膜布、陰極付網(wǎng)、陰極板及絕緣墊片組成。除左右端極板外，每塊極板都是雙極性的，朝著中間極板的一側(cè)是陰極，背對(duì)的一側(cè)是陽(yáng)極。陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣，陽(yáng)極側(cè)產(chǎn)生氧氣。每塊極板(除端極板)組件都是由主極板和極框焊接后鍍銀面成。主極板上的乳頭起支承付極網(wǎng)和石棉隔膜布的作用。電解液可以在乳頭和隔膜布形成的空間里流動(dòng)。乳頭還有輸電的作用。極框本身是不參與電解的，它比主極板厚得多。當(dāng)它與絕緣密封墊壓緊后，框內(nèi)自然形

11、成空間，保證氫(氧)堿液的流動(dòng)。在極框上下部開(kāi)有許多孔，并在其二側(cè)沿徑向分別開(kāi)有許多溝槽與這些孔相通，使每個(gè)電解小室的陰陽(yáng)極側(cè)分別與相應(yīng)的孔道相通。大修時(shí)左、右極板只是做部件表面鍍鎳檢察和酸洗處理，有個(gè)別極板有脫鍍現(xiàn)象應(yīng)更換。 陰（負(fù)）極網(wǎng)是由鎳絲網(wǎng)編織后經(jīng)過(guò)噴涂處理的鎳絲網(wǎng)（涂層名義成分為ni80%、ai20%）。鎳絲網(wǎng)涂層在90、30的koh溶液中強(qiáng)制循環(huán)下運(yùn)行，涂層脫落比較嚴(yán)重，長(zhǎng)期運(yùn)行后，網(wǎng)可設(shè)備性能大幅下降，電能耗大，應(yīng)更換。3、石棉隔膜布與絕緣密封墊通過(guò)模壓方式制作成一體，形成部件-石棉隔膜墊。它的周邊是環(huán)狀絕緣密封墊，中間為石棉隔膜布。絕緣密封墊采用f46（名義成份）壓制而成。石

12、棉隔膜布在燒堿溶液中耐堿性有一定的要求，只能在90以下長(zhǎng)期使用。設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后，石棉纖維脫落，孔隙增大，將導(dǎo)致氫氧氣體的直接混合，絕緣密封墊，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期熱脹冷縮和擠壓，越來(lái)越薄，直至失去彈性，甚至裂開(kāi)影響設(shè)備安全運(yùn)行,大修時(shí)將全部更換。第2章 冶金計(jì)算給定的資料1. 新液成分（mg/l）zn(g/l)mn2+（g/l）fe2+as3+sb3+bi3+ge4+ni2+1451702.53.5160.70.70.50.041co2+cu2+cd2+pb2+cl-f-20.322.50.171382工廠用水含氯60mg/l，含氟30mg/l. 最高溫度32，最低143 夏天最高氣溫37，冬天最低氣溫3

13、 年平均濕度654 電解陰極周期23h冶金計(jì)算過(guò)程1鋅電解沉積過(guò)程的物料平衡計(jì)算計(jì)算所使用的資料（1） 冶煉總回收率95（2） 陰極鋅電爐熔鑄鋅直接回收率97.5（3） 新液含鋅150g/l 電積析出鋅96g/l （4） 新液含錳3.5g/l，廢電解液含錳3.0g/l（5） 產(chǎn)出1t 陰極鋅消耗鉛陽(yáng)極4.5（6） 陰極鋅平均含鉛取0.005（7） 新液密度1.33 kg/l，廢電解液密度1.25kg/l（8） 電積過(guò)程中因噴濺,滴漏,跑液等不能回收損失的鋅量占進(jìn)料總鋅量的0.36以100kg 鋅精礦計(jì)算陰極鋅產(chǎn)量陰極鋅含金屬量：凈化除銅鎘消耗鋅粉1.1165。此鋅粉的一部分來(lái)自于陰極鋅，經(jīng)熔化

14、,壓縮空氣噴吹制得，另一部分來(lái)自于浮渣處理。吹制鋅粉還需要0.7975的陰極鋅。 陰極鋅含金屬鋅的總量為：52.3115+0.7975=53.109,陰極鋅含鋅99.99，其產(chǎn)量為。進(jìn)入電積的新液量及其各分組的含量電積需要新液量：l或 其中：znso4 h2o 生成陽(yáng)極泥的量進(jìn)入陽(yáng)極泥的錳量為 ，mno2量： 其中含o量：產(chǎn)出的陰極鋅53.109，耗鉛量為：，53.109陰極鋅中含鉛，進(jìn)入陽(yáng)極泥之鉛量0.239-0.0026=0.236 換算為pbo量： 其中含o量：0.273-0.236=0.037陽(yáng)極泥中mno2和pbo2為：，其中含o量：電積時(shí)進(jìn)入大氣中的氧量電積時(shí)陽(yáng)極含氧量：進(jìn)入到大氣

15、中的氧量：電積得到廢電解液量及成分電積過(guò)程，溶液中znso4和h2o分解為：znso4 h2o 生成的h2so4量： 得到的廢電解液中各組分的量為：znso4 h2o h2so4 79.582廢電解液總重量為：廢電解液的總體積為： l電積過(guò)程不能回收的損失的鋅量電積過(guò)程不能回收損失的鋅量占精礦總鋅量的0.36，即 溶液中帶走的znso4量： 隨同帶走的h2so4量 ： 隨同帶走的h2o量 ：共損失：輸出廢電解液量在電積和冷卻過(guò)程中，電解液中水分的分解和蒸發(fā)量為廢電解液量的10，即： l扣除過(guò)程中不能回收的損失，得到廢電解液中：znso4 h2so4 h2o 輸出的廢電解總量為 輸出的廢電解總體

16、積為 l廢電解液成分：zn : g/lh2so4 g/l以上計(jì)算結(jié)果 列于下表：項(xiàng)目數(shù)量 znpb 新液陽(yáng)極鉛559.042 l g/l 15087.9980.2386合計(jì)產(chǎn)出：陰極鋅53.10999.9953.1040.00050.0026廢電解液541.93956.7534.688放出氧氣12.794陽(yáng)極泥0.7140.236蒸發(fā)出水蒸氣54.1889損失0.206總計(jì)87.9980.23862 電解槽熱平衡計(jì)算：以單個(gè)槽為計(jì)算基礎(chǔ)，然后計(jì)算出全車(chē)間或一個(gè)系列電解槽在電積過(guò)程中總的剩余熱量。電解槽熱平衡按下式進(jìn)行計(jì)算：q電流+q新=q廢+q蒸發(fā)+q濺出+q輻射+傳+q余 kj/h式中:q電

17、流電流通過(guò)產(chǎn)生的熱量 kj/hq新 新液帶入的熱量 kj/hq廢廢電解帶走的熱量 kj/hq蒸發(fā)電解液表面蒸發(fā)損失的熱量kj/hq輻射+傳熱輻射，對(duì)流和傳導(dǎo)損失的熱量kj/hq電流= kj/h 式中i-通過(guò)電流，a；e-電解液，極板，陽(yáng)極泥及濃差極化之電壓降，v; t 通電時(shí)間，s q新=m1c1t1 kj/h 試中m1-單位時(shí)間進(jìn)入每槽的新液量，kj/h; c1-新液比熱 ，kj/(kg.); t1-加入新液溫度，q廢=m2c2t2 kj/h 式中m2-每槽排出廢電液的量，kj/h c2-廢電液比熱 ，kj/(kg.) t2-排出廢電液溫度 q蒸=s液表面wrz kj/h 試中 w-每槽液表

18、面蒸發(fā)的水量，kg/(m2h ) rz-水的氣化潛熱，kj/kg s液表面-電解槽中溶液有效表面積，m2 s液表面=s槽s極 s槽電解槽溶液表面積，m2； s極極板占有表面積 m2 q濺=0.003q液 kj/h q=（q蒸+q濺）kj/h 計(jì)算采用原始資料 （1）電流強(qiáng)度 i=18800a 電流密度 dk=520a/m2(2) 新液含zn150g/l,溫度45 （3）廢電液含zn45g/l,溫度40(4) 每槽裝陰極片32片，陰極尺寸：10006664mm (5)電解槽尺寸：長(zhǎng)2.5m 寬0.83m （6） 同級(jí)中心距62mm 熱收入： 1 電流通過(guò)產(chǎn)生的熱量q電流e=e液+e導(dǎo)+e陽(yáng)極泥

19、試中e液電解液電壓降v，e導(dǎo) 導(dǎo)體電壓降，工廠實(shí)踐值0.05ve陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥及濃差極化電壓降，v,工廠實(shí)踐值為0.3e液e液= 試中 p電解液的比電阻 取=3.30:；l極板表面距離。cm當(dāng)同極中心距為62mm時(shí) 帶入公式e液=e陽(yáng)極泥=0.30.446=0.134v e=e液+e導(dǎo)+e陽(yáng)極泥 =0.446+0.05+0.134=0.63v生產(chǎn)中，由于電解液含雜質(zhì)及導(dǎo)體接觸不良等因素影響，e 之實(shí)際值較計(jì)算值約高5，故： v將e ,i, t值帶入公式：q電流= kj/h =44832 kj/h 主要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)鋅電積的主要技術(shù)條件和指標(biāo)有電能消耗、電流效率、槽電壓和電鋅質(zhì)量

20、。電能消耗濕法煉鋅每生產(chǎn)h電鋅錠消耗電能3800一400okwh，電耗是構(gòu)成電鋅成本的重要部分。而鋅電解沉積的電單耗達(dá)300。一3500kwh，為總電能耗的79%一55%。因此，降低鋅電解沉積的電能消耗，對(duì)降低電鋅成本意義重大。從電解沉積電能消耗公式:電能消耗(kwh/t)槽電壓(v)只100鋅的電化當(dāng)量(g/(ah)x電流效率(環(huán))可知，鋅的電化當(dāng)量為一恒量，為降低電能消耗，應(yīng)采取一切措施提高電流效率和降低槽電壓。電流效率定義為實(shí)際產(chǎn)出的鋅量和通過(guò)相同電量時(shí)，理論上應(yīng)得的鋅量比的百分?jǐn)?shù)。生產(chǎn)中，除由于漏電和短路引起電流效率下降外，陰極上氫的析出是使電流效率下降的主要原因。因此，提高氫在陰極l

21、的超電位，就可以提高鋅電解沉積的電流效率。生產(chǎn)上常采用提高電流效率的措施有:提高電流密度(陰極電流密度一般為35。600a/mz)，控制好電解液的溫度(?？刂圃?08313k)，加速電解液的循環(huán)，穩(wěn)定電解液成分并合理使用添加劑。正常生產(chǎn)的鋅電解沉積的電流效率為88%一92%。槽電壓是影響鋅電解沉積電能消耗的重要技術(shù)參數(shù)，降低槽電壓就能相應(yīng)降低電能消耗。槽電壓由硫酸鋅分解電壓(占槽電壓的75%一80%)，電解液電阻電壓降(占13%一17%)，陰、陽(yáng)極極板電阻電壓降(占1%一1，3%)，陽(yáng)極泥電阻電壓降(占5%一6寫(xiě))及各接觸點(diǎn)電阻電壓降(1%一1.4%)組成。一般工廠的鋅電解沉積槽電壓多控制在3

22、.3一3.4v，如電流密度和極間距過(guò)大，也可能達(dá)到3.5一3.6v?？刹扇〗档筒垭妷旱拇胧┯?使接觸點(diǎn)導(dǎo)電良好，定期刷洗陽(yáng)極泥，保持電解液中合適的鎂、錳等離子的濃度。第三章 主要浸出設(shè)備及輔助設(shè)備的選擇與計(jì)算依據(jù)冶金計(jì)算結(jié)果，浸出工段主要設(shè)備的計(jì)算和選型如下。浸出工段的主要設(shè)備有：球磨機(jī)，浸出槽，濃縮機(jī)和過(guò)濾機(jī)。浸出槽擬采用混凝土槽，內(nèi)襯聚酯玻璃鋼和耐酸瓷磚的機(jī)械攪拌槽。監(jiān)于目前帶式過(guò)濾機(jī)和勞式壓濾機(jī)價(jià)格高昂且濾布耐用性能較差，設(shè)計(jì)采用常規(guī)的框式過(guò)濾機(jī)和圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)。1、 球磨機(jī)球磨機(jī)臺(tái)數(shù)按下列計(jì)算： 式中 n-球磨機(jī)臺(tái)數(shù) m-處理的干焙燒礦量，187838.14 t/a a-球磨機(jī)生產(chǎn)能力，t/(h臺(tái))（9001800mm溫式球磨機(jī)生產(chǎn)能力3 t/h）所需球磨機(jī)臺(tái)數(shù)n為 臺(tái)選用9001800mm溫式球磨機(jī)5臺(tái)，4臺(tái)工作，1臺(tái)備用。2、 中性浸出槽浸出槽數(shù)量按下式計(jì)算： 式中 n-浸出槽數(shù)，個(gè) q-日浸出礦漿量，m3（取580 m3） t-作業(yè)周期時(shí)間，h(取5h) vo-浸出槽體積，m3（取