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1、第三章 锌电积工艺过程及设备计算概述工业上从硫酸锌水溶液中电解沉积锌有三种工艺：即低酸低电流密 度法（标准法）；中酸中电流密度法（中间法）和高酸高电流密度法。 目前我国多采用中酸中电流密度法的下限，低酸低电流密度法上限的 电解法。表3-1为三种方法的比较。表3-1锌电积三种工艺的比较工艺方法电解液含HSO （克 /24升）电流密度（安/米2）优缺点酸低电流密度法（标准法）110130300-500耗电少，生产能 力小，基建投资 大中酸中电流密度130160500-300生产操作比前者简单，生产能力法（中间法）比前者大但比后 者小基建投资小高酸高电流密度法220300800 1000 甚至大于1
2、000生产能力大；耗 电多；电解槽结 构复杂。设计任务设计生产能力为7万吨锌锭的电解设备原始资料设进入电解槽的电解液成份如表3-2所示:表3-2进入电解槽的电解液成份（克/升）组成ZnFeCdCuCOMn（克/120升）电解后电解废液成份如表3-3所示表3-3 电解废液成份（克/升）组成ZnFeCdCuCOMn（克/46升）一些技术条件及技术经济指标用于制造锌粉之锌锭占年产锌锭量的百分比，B二；年工作日为330 日。阴极锌熔铸直收率n = 97%1阴极电流密度D = 520安培阴槽电压V二伏槽电流效率n = 98%i阴极规格长X宽X厚二1000X666X4 （毫米）工艺过程及设备计算物料平衡及
3、电解槽计算阴极锌成份的计算在电积过程中，一部分铜、铁、镉与锌一齐在阴极上沉积，一升电解液得到的阴极锌含金属量如表3-4所示。表3-4 一升电解液沉积的金属量（克）组成ZnFeCdCu共计（克）铅-银阳极在电解过程中被腐蚀，使一部分铅进入到阴极锌中。设阴极锌含铅则进入到阴极锌中铅的量为：64.0072 X 0.006 = 0.0038 克100那么阴极锌的成份如表3-5所示。表3-5 阴极锌成份组成ZnPbFeCdCu共计重 量(克)%100所需电解槽数量的计算(1) 每日应产出的阴极锌量的计算。Q 二 Q(1 +B)吨1mq式中：Q每日应产出阴极锌的数量，吨；1Q设计生产能力，吨锌锭/年；B用
4、于制造锌粉之锌锭占年产锌锭量的百分比，；m年工作日，日；n阴极锌熔铸直收率，。Q 二 7(1+0.28)= 225 吨/ 日1330 x 0.97(2) 阴极有效总面积及片数的计算阴极有效总面积的计算。F -QX106 米 2Dxn xl.2195 x 24式中：F阴极有效总面积，米2Q每日产出的阴极锌量，吨；D阴极电流密度，安培/米2；n电流效率，%；锌的电化当量，克/安培；24电解析出时间，小时。F=225X106=150 86 米 2520 xl.2195 x 24 x 0.98阴极边上装有塑料绝缘条，没边各占区阴极板宽7毫米，阴极浸没于电解液的深度为米，则每片阴极的有效面积(按两面计)
5、为：f =X()X2二米 2阴故共需阴极片数n二F =15086 -13350片f 1.1332设一个电解槽装阴极片32块，则共需电解槽数为：13350 -417个每个电解槽的阴极总面积为:X32二米 2取备用电解槽24个，则一共有电解槽560个。这就可把电解槽 分为两个系列。每个系列有280个电解槽，在每个系列中可按35个 电解槽组成一组，共八组为一系列。电解槽内部尺寸大小的计算电解槽内部宽度的计算。设阴极边缘到槽壁距离为95毫米，则电解槽内宽为：B=666+2X95=856860 毫米电解槽内部长度计算。设每片阴极厚度为5毫米，每片阳极厚度为10毫米，阴阳极间 距离为34毫米，电极到两端壁
6、距离为125毫米，每个电解槽有阴极 片32片，阳极片33片。则电解槽内部长度为：L=32X5+33X 10+32X2X34+125X2=2916 毫米电解槽内部高度的计算。设槽内液面至槽面的距离为100毫米；槽内阴极浸入电解液的深 度为880毫米；阴极下部端缘距槽低500毫米。则电解槽的内高位：故电解槽的内部尺寸为：长X宽X高二 2916X860X1480 （毫米）电解槽容积（不设槽内冷却器）为：V = LXBXH = XX =米 2槽电解槽体的材料有木质及钢筋混凝土两种。目前多采用钢筋混凝 土电解槽。电解槽内衬耐腐蚀的材料有：铅皮、聚氯乙烯、环氧玻璃 钢、辉绿岩等。通过电解槽电流强度的计算一
7、个电解槽的阴极总面积为米2故 电流强度I = X520 = 18803安培设富余则l=18808X =安培整流设备选择整流设备总功率按下式计算。wQ X E X100024 x 0.98 xl.2195W =式中:Q每天应产出的阴极锌总量，吨；E槽电压，伏，取E=伏则W = 225x3.2x1000 = 25102 千瓦24 x 0.98 x 1.2195系列中的电压降为总电压降的%，取,则总电压降为：280XXC1+）二伏选用GHS-10000/0-800硅整流器。单台功率8000千瓦。故需整流器台数为：25102 = 3 14 台 取 4 台8000 每系列由2台硅整流器供电，总电流为：1
8、0000X2 = 20000安培。整流器设备功率与电解槽数量要求相适应。进入电解槽电解液数量的计算供给一个电解槽的电解液数量可按如下计算。I x q xq x N Q 二一P - p式中：Q进入一个电解槽的中性电解液数量，升/小时；I通过电解槽的电流强度，克/安培；q锌的电化当量，克/安培n电流效率，%N电解槽数目，个P中性电解液含锌量，克/升；p废电解液含锌量，克/升。故Q = 1883J2】95x0.98xl = 3037 升/小时120 - 46一个电解槽每天需中性电解液数量为：X 24=7289 升/天全部电解槽每天共需中性电解液数量为：7289X417=3040 米 3废电解液数量的
9、计算一小时供中性电解液升，含锌120克/升，此时电解液比重为。因此中性电解液重量为：3037X64 = 19.437 公斤1000在阳极上析出氧量为：65.419437 X16 = 4.804 公斤电极反应为:ZnSO + HO T Zn + H SO + 1/20（直流电）42242析出的锰的量为:述7xl.5 = 0.456 公斤1000故共析出：+=公斤剩余：-二公斤。电解时有一部分电解液被蒸发而损失。设每平方米电解液表面 每小时蒸发损失一公斤电解液。电解液表面积为：S S 二一二米 2槽极则蒸发损失为：X1=公斤。由于电解液飞溅液要损失一部分电解液，设为，则飞溅损失为：X=公斤损失电解
10、液量一共为:公斤故 从一个电解槽每小时流出的废电解液量为:=公斤/小时设此时电解液的比重为，则废电解液的体积为:35428 = 300.24 升/小时1.18进入阳极泥中各成分的计算设阳极消耗的铅量诶：每吨阴极锌为公斤。则析出公斤锌,消耗铅量为：20.173 xl.51000=0.0303公斤进入阴极锌中的铅量为:20.173 x 0.0061000=0.00012 公斤进入阳极泥中的铅量为:=公斤换算成PbO =0.03018 x 239207公斤（其中Pb =公斤，0=公斤）2一个电解槽沉淀的锰量为公斤换算成MnO =20.456 x 8755=0.721公斤（其中Mn二公斤，0二公斤）2
11、故进入阳极泥的总量为：+ =公斤（其中0二公斤）2进入大气中的氧量= 公斤编制一个电解槽的物料平衡根据以上计算结果，编制一个电解槽的物料平衡，如表3-6所示。表3-6 一个电解槽的物料平衡力口入产出序号项目公斤%序号项目公斤%1中性液1阴极锌2从阳极进入的铅2阳极泥3废电解液4进入大 气中的 氧5损失6、口 误差共计共计100电解槽热平衡计算通常以单个电解槽为基础进行计算，然后计算出全车间或一个系列电解槽在电解过程中总的剩余热量。Q + Q = Q +Q +Q +Q +Q电解槽热平衡按下面式子计算。电流新废蒸溅辐+传余式中：Q 电流通过产生的热量，千卡/小时；电流Q 新液带入热量，千卡/小时；
12、新Q 电解废液带走的热量，千卡/小时；废Q 电解液表面蒸发损失的热量，千卡/小时；蒸Q 电解液喷溅损失的热量，千卡/小时；溅Q 辐射、对流和传导损失的热量，千卡/小时;辐+传Q 剩余的热量，千卡/小时。余热收入(1) 电流通过电解液产生的热量Q=X10-3千卡/时电流式中：I 通过电解槽的电流，18803安培；E 为电解液、极板、阳极泥及浓差极化的电压降。在一般情况下，占槽电压的20%。即E二X二伏故 Q= X 18803XX3600X 10-3 =10354 千卡/时。电流(2) 新液带入热量Q = m c t 千卡/时新111式中：m 单位时间进入电解槽的新液重量，公斤/小时1c 新液比热
13、，千卡/公斤C;1t 加入新液的温度，C。1从冶金计算得知，进入电解槽的新液量为：公斤/时。电解液配 液采用大循环方式进行，新液：废液=1:5，要求混合后进入电解槽 新液温度为35C，此时电解液的比热为：千卡/公斤C。q =XX35=10430 千卡/时新Q = 10430+10354=20784 千卡/时。收热支出(1)废电解液带走的热废电解液为公斤/小时，设废电解液温度为40C，此时电解液的比热为千卡/公斤C,则Q =X40X=11337 千卡/时 废(2)电解液表面蒸发损失的热Q = S XWXq蒸液表面汽式中：S.电解槽中电解液有效表面积，米2；已求出S.液表面液表面二米2；W电解液表面蒸发损失的水量，公斤/米2 时。根据铜电解液中水的蒸发量与温度的关系可确定40C时电解液单位表面蒸发的水量W二1.公斤/米2 时；
