鋅電解槽計算

1、3.1概述工業(yè)上從硫酸鋅水溶液中電解沉積鋅有三種丄藝：即低酸低電流密度法（標準 法）；中酸中電流密度法（中間法）和高酸高電流密度法。LI前我國多釆用中酸中 電流密度法的下限，低酸低電流密度法上限的電解法。表3-1為三種方法的比較。表3-1鋅電積三種工藝的比較工藝方法電解液含H：SOt （克/升）電流密度（安/米2）優(yōu)缺點酸低電流密度法（標準 法）110130300500耗電少，生產(chǎn)能力小， 基建投資大中酸中電流密度法（中 間法）130160500300生產(chǎn)操作比前者簡單， 生產(chǎn)能力比前者大但 比后者小基建投資小高酸髙電流密度法2203008001000甚至大于1000生產(chǎn)能力大；耗電多； 電解

2、槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3. 2設(shè)計任務(wù)設(shè)計生產(chǎn)能力為7萬噸鋅錠的電解設(shè)備3. 3原始資料3. 3. 1設(shè)進入電解槽的電解液成份如表3-2所示:表3-2進入電解槽的電解液成份（克/升）組成Zr.FeCdCuCOMn（克/升）1200. 0450. 0050. 00040. 0054. 7203. 3.2電解后電解廢液成份如表3-3所示表3-3 電解廢液成份（克/升）組成Zr.FeCdCuCOMn（克/升）460. 0280. 0030. 00020. 0053.2173. 3. 3 一些技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟指標用于制造鋅粉之鋅錠占年產(chǎn)鋅錠量的百分比，B二0.028；年工作日為330 So陰極鋅熔鑄直收率X二

3、97%陰極電流密度D w = 520安培槽電壓伏電流效率Us = 98%陰極規(guī)格長X寬X厚二1000X666X4 （毫米）3. 4工藝過程及設(shè)備計算3.4.1物料平衡及電解槽計算陰極鋅成份的計算在電積過程中，一部分銅、鐵、鎘與鋅一齊在陰極上沉積，一升電解液得到 的陰極鋅含金屬量如表3-4所示。表3-4 升電解液沉積的金屬量（克）組成Zr.FeCdCu共計（克）64.000. 0050. 0020. 000264. 0072鉛-銀陽極在電解過程中被腐蝕，使一部分鉛進入到陰極鋅中。設(shè)陰極鋅含 鉛0. 006%則進入到陰極鋅中鉛的量為：64.0072x0.006 =00（）3100那么陰極鋅的成份如

4、表3-5所示。表3-5陰極鋅成份組成Zr.PbFeCdCli共計重量（克）64.000. 00380. 00500. 00200. 0002064.0110%99. 9830. 0060. 00780. 0030. 00031003. 4.2所需電解槽數(shù)量的計算（1）每日應(yīng)產(chǎn)出的陰極鋅量的汁算。Q1 二 2（1+0）噸mrj式中：Q：-每日應(yīng)產(chǎn)出陰極鋅的數(shù)量，噸;Q -一設(shè)計生產(chǎn)能力，噸鋅錠/年；B-用于制造鋅粉之鋅錠占年產(chǎn)鋅錠量的白分比，%； m -年工作日，S;n-一-陰極鋅熔鑄直收率，%=225噸/日_70000(l+ 0.028)1330x0.97（2）陰極有效總面積及片數(shù)的計算陰極有

5、效總面積的計算。I切駡95 x24 X粹式中：f陰極有效總面積，米Q每日產(chǎn)出的陰極鋅量，噸；D陰極電流密度，安培/米；n電流效率，%；1.2195鋅的電化當(dāng)量，克/安培；24電解析出時間，小時。F二二X 106=15086 米 3520x1.2195x24x0.98陰極邊上裝有塑料絕緣條，沒邊各占區(qū)陰極板寬7毫米，陰極浸沒于電解液 的深度為0.87米，則每片陰極的有效面積（按兩面計）為：f 陰二0. 87X （0. 666-0. 007X2） X2=1. 13 米故共需陰極片數(shù)n二乂二竺竺= 13350片f 1.1313350設(shè)一個電解槽裝陰極片32塊，則共需電解槽數(shù)為：上 = 417個32每

6、個電解槽的陰極總面積為：1. 13X32=36. 16 米 $取備用電解槽24個，則一共有電解槽560個。這就可把電解槽分為兩個系 列。每個系列有280個電解槽，在每個系列中可按35個電解槽組成一組，共八 組為一系列。3.4.3電解槽部尺寸大小的計算電解槽部寬度的計算。設(shè)陰極邊緣到槽壁距離為95毫米，則電解槽寬為：B二666+2X93二836860 毫米電解槽部長度計算。設(shè)每片陰極厚度為5毫米，每片陽極厚度為10毫米，陰陽極間距離為34 毫米，電極到兩端壁距離為125毫米，每個電解槽有陰極片32片，陽極片33 片。則電解槽部長度為：L二32X5+33X 10+32X2X34+125X2二291

7、6 亳米電解槽部高度的計算。設(shè)槽液面至槽面的距離為100毫米；槽陰極浸入電解液的深度為880毫米; 陰極下部端緣距槽低500毫米。則電解槽的高位：H二 100+880+500二 1480 毫米故電解槽的部尺寸為：長X 寬X 高=2916X860X1480 （毫米）電解槽容積（不設(shè)槽冷卻器）為：Vffi= LXBXH = 2.916X0. 86X1.48 = 3.711 米電解槽體的材料有木質(zhì)及鋼筋混凝土兩種。U前多采用鋼筋混凝土電解槽。 電解槽襯耐腐蝕的材料有：鉛皮、聚氯乙烯、環(huán)氧玻璃鋼、輝綠巖等。3.4.4通過電解槽電流強度的計算一個電解槽的陰極總面積為36. 16米2故電流強度1=36.1

8、6X520 = 18803安培設(shè)富余 5. 4% 則 1=18808X1.054 二 19818. 362 安培3.4. 5整流設(shè)備選擇整流設(shè)備總功率按下式計算。Qx Ex 1000w =24x0.98x1.2195式中：W整流設(shè)備總功率，千瓦；Q每天應(yīng)產(chǎn)出的陰極鋅總量，噸；E槽電壓,伏，取E二3.25伏= 25102千瓦225x3.2x100024xO.98xl.2195系列中的電壓降為總電壓降的1-2. 5%,取1.5%,則總電壓降為:280X3. 20 X (1+0.015) =909.44 伏選用GHS-10000/0-800硅整流器。單臺功率8000千瓦。故需整流器臺數(shù)為: 蘭竺=

9、3.14臺取4臺8000每系列曲2臺硅整流器供電，總電流為：10000X2 = 20000安培。整流器 設(shè)備功率與電解槽數(shù)量要求相適應(yīng)。3. 4.6進入電解槽電解液數(shù)量的計算供給一個電解槽的電解液數(shù)量可按如下計算。I xqx 7xN式中：Q進入一個電解槽的中性電解液數(shù)量，升/小時;I通過電解槽的電流強度，克/安培；q鋅的電化當(dāng)量，1.2195,克/安培n電流效率，%N電解槽數(shù)目，個P廢電解液含鋅量，克/升。188O3xl.2195xO.98xl =301?升/小時P-一-中性電解液含鋅量，克/升；120-46一個電解槽每天需中性電解液數(shù)量為：303. 7X24二7289 升/天 全部電解槽每天

10、共需中性電解液數(shù)量為：7289X417=3040 米3. 4.7廢電解液數(shù)量的計算一小時供中性電解液303. 7升，含鋅120克/升，此時電解液比重為1. 258o因此中性電解液重量為:303.7x641000= 19.437公斤在陽極上析出氧量為:19.437x16654= 4.804公斤電極反應(yīng)為:ZnSO4 + H2O t Zn + H2SO4 + l/2O2（直流電）析出的猛的量為：竺M = 0.456公斤1000故共析出：19.437+4.804+0.456=24.697 公斤剩余：382.05 - 24.697 = 357.35 公斤。電解時有一部分電解液被蒸發(fā)而損失。設(shè)每平方米電

11、解液表面每小時蒸發(fā) 損失一公斤電解液。電解液表面積為：S S =2.5080.328 =2.18 米？則蒸發(fā)損失為：2.18X1=2. 18公斤。由于電解液飛濺液要損失一部分電解液，設(shè)h 0. 3% ,則飛濺損失為: 303.7X0. 003=0.911 公斤損失電解液量一共為：2. 18 + 0.911 = 3. 09公斤故從一個電解槽每小時流出的廢電解液量為：357. 353. 07 = 354. 28 公斤/小時設(shè)此時電解液的比重為1. 18,則廢電解液的體積為：qcj OR二 = 300.24 升/小時3. 4.8進入陽極泥中各成分的計算設(shè)陽極消耗的鉛量謀：每噸陰極鋅為1.5公斤。則析

12、出20. 173公斤鋅, 消耗鉛量為：=0.0303 公斤進入陰極鋅中的鉛量為:進入陽極泥中的鉛量為:0. 03030. 00012 = 0. 03018 公斤換算成（其中 Pb = 0. 03018 公斤,0：二 0. 0462 公斤）一個電解槽沉淀的鐳量為0.456公斤換算成換算成MnO：二.56- 7 =0.721 公斤（其中Mn二0. 456公斤，0：二0263公斤） 故進入陽極泥的總量為：0. 03487 + 0. 721 二 0. 7558 公斤（其中0：二0. 2998公斤）3. 4.9進入大氣中的氧量=4. 5344 公斤4. 804 0. 004650. 2653.4. 10

13、編制一個電解槽的物料平衡根據(jù)以上計算結(jié)果，編制一個電解槽的物料平衡，如表3-6所示。表3-6 一個電解槽的物料平衡加入產(chǎn)出序號項II公斤%序號項II公斤%1中性液382. 0599. 991陰極鋅19. 4375. 092從陽極進入的鉛0. 030180.012陽極泥0. 75580. 1983廢電解液354.2892. 721進入大氣中 的氧4. 53441. 195損失3. 070.86誤差-0.00292共計382.08018夫汁382.080121003.5電解槽熱平衡計算通常以單個電解槽為基礎(chǔ)進行計算，然后計算出全車間或一個系列電解槽在 電解過程中總的剩余熱量。電解槽熱平衡按下面式子

14、計算。Q 電蕊 + Qj = Q +Qs +Q 汲+Q*+傳+Q 氽式中：Q電沌 電流通過產(chǎn)生的熱量，千卡/小時；Q 9； 新液帶入熱量，千卡/小時；Q噴電解廢液帶走的熱量，千卡/小時；Q憑電解液表面蒸發(fā)損失的熱量，千卡/小時；Qn 電解液噴濺損失的熱量，千卡/小時；Q輔+傳輻射、對流和傳導(dǎo)損失的熱量，千卡/小時；Q氽 剩余的熱量，千卡/小時。3.5.1熱收入（1）電流通過電解液產(chǎn)生的熱量Q 電at =0.239IEtX103 千卡/時式中：I 通過電解槽的電流，18803安培；E 為電解液、極板、陽極泥及濃差極化的電壓降。在一般情況下,占槽電壓的20%o即E=3.20X0.2 =0.64伏t

15、通電時間，秒，3600秒；故 Q 電維=0.239X 18803X0.64X3600X 10 3 = 10354 千卡/時。（2）新液帶入熱量Q = mi ci ti 千卡/時式中：ml_一單位時間進入電解槽的新液重量，公斤/小時CI新液比熱，千卡/公斤C； ti -加入新液的溫度，C。從冶金計算得知，進入電解槽的新液量為：382.05公斤/時。電解液配液采 用大循環(huán)方式進行，新液：廢液=1:5 ,要求混合后進入電解槽新液溫度為35C, 此時電解液的比熱為：0.78千卡/公斤C。Q =382.05 X 0.78 X 35= 10430 千卡/時Q 收二 10430+10354=20784 千卡

16、/時。3.5.2熱支出(1) 廢電解液帶走的熱廢電解液為354.28公斤/小時，設(shè)廢電解液溫度為40C,此時電解液的比 熱為0.8千卡/公斤C,則Q 廢=354.28X40X0.8=11337 千卡/時(2) 電解液表面蒸發(fā)損失的熱Q尸S液陽XWXq汽式中：S液農(nóng)面-電解槽中電解液有效表面積，米彳；已求出S液燦=2.18米彳； W電解液表面蒸發(fā)損失的水量，公斤/米2 時。根據(jù)銅電解液中水的蒸發(fā)量與溫度的關(guān)系可確定40C時電解液單位表面蒸發(fā)的 水量W= 1.公斤/米2 時；q汽 40C時水的汽化潛熱為578千卡/公斤。故 Q 碩二 2. 18X1.0X578 二 1260. 04 千卡/時。(3

17、) 電解液飛濺損失的熱量為：0.911公斤故 Q 澱 0.911X40X0.8 =29.2 千卡 / 小時。(4) 輻射、對流和傳導(dǎo)損失的熱Q 腑傳二 *(Q 滿 + Q 汲)二* (1260. 04+29.2) =143.2 千卡/時Q支=11336+1260. 04+29. 152+143. 2=12768. 43.5.3剩余熱Q =21108-12768. 4=8339.6 千卡/時 根基計算結(jié)果，編制熱平衡表如表3-7所示。表37鋅電解槽熱平衡熱收入熱支出序號名稱千卡%序巧需稱千卡%1電流產(chǎn)生熱10515. 850. 341廢液帶走熱1133654. 742新液帶入熱1043049.

18、662電解液蒸發(fā)損失 熱1260. 045.83電解液飛濺損失熱29. 1520. 141輻射、對流、傳導(dǎo)損失熱143.20. 66廠9剩余熱8339. 638. 65共計20945. 8100以：1-20945. 8100計算可知：鋅電解槽中熱量大大過剩。因此電解液必須冷卻。鋅電解液冷卻方法有以下兒種：（1）槽冷卻；（2）真空蒸發(fā)冷卻；（3）冷卻塔冷卻。表3-8為各種冷卻方法的適用條件及優(yōu)缺點。冷卻方式的的選擇，需根據(jù)工廠的生產(chǎn)規(guī)模、電流強度、循環(huán)方式、溫度要 求、氣候條件和供水條件等因素，經(jīng)多方案比較確定，可選擇其中的一種或兩種 方式相結(jié)合的方案。我國株洲冶煉廠原來才用真空蒸發(fā)冷凍機冷卻電解液，實踐表明，每年耗費 蒸汽13萬噸，電力320萬度和循環(huán)冷卻水2584萬立方米。據(jù)報道，該廠1980 年起試建一臺50平方米空氣冷卻塔，取得了滿意的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)在已改用空氣 冷卻塔來冷卻電解液，改造后，每年節(jié)約標準煤18000噸，節(jié)約經(jīng)營管理費220 萬元。經(jīng)濟效益顯著?？梢姡桨傅倪x擇是至關(guān)重要的。表3-8鋅電解液種冷卻方式比較冷卻方式槽冷卻真空蒸發(fā)冷卻冷卻塔冷卻適用條件生產(chǎn)規(guī)模小，電流強 度小，一般為小循環(huán)， 供水充足，水溫低（一 般為地下水）。生產(chǎn)規(guī)模大，電流強度大，大 循環(huán)，建廠地區(qū)氣溫髙，濕度 大。生產(chǎn)規(guī)模大，電流強 度大，