课程设计电解槽.docx
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1、年产 100000 吨 1#锌电解锌的锌电解沉积系统设计说明书指导教师:李超姓名:黄朝福班级:冶金 12-1 班学号:专业:冶金技术完成日期:2023 年 05 月 12 号至 2023 年 5 月 24 号名目第一章 冶金绪论1 锌的一些性质和用途介绍2 锌电解槽的概述其次章 冶金计算1 锌电解沉积过程的物料平衡和能量平衡计算2 锌电解沉积的技术条件和经济技术指标第三章 主要浸出设备及关心设备的选择与计算1 主要浸出设备浸出槽的选择与计算2 主要关心设备的选择与计算第一章 设计概述1 金属的性质及其在国民经济中的地位金属是一种具有光泽(即对可见光猛烈反射)、富有延展性、简洁导电、导热等性质的
2、物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键,因此任凭更换位置都可再重建立连结,这也是金属伸展性良好的缘由。金属元素在化合物中通常只显正价。有色金属是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术进展必不行少的根底材料和重要的战略物资。农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开有色金属。例如飞机、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由有色金属中
3、的轻金属和烯 有金属制成的;此外,没有镍、钴、钨、钼、钒、铌等有色金属也就没有合金钢的生产。有色金属在某些用途如电力工业等上,使用量也是相当可观的。现在世界上很多国家,尤其是工业兴旺国家,竞相进展有色金属工业,增加有色金属的战略储藏。有色金属工业包括地质勘探、采矿、选矿、冶炼和加工等部门。矿石中有色金属含量一般都较低,为了得到 1 吨有色金属,往往要开采成百吨以至万吨以上的矿石。因此矿山是进展有色金属工业的重要根底。有色金属矿石中常是多种金属共生,因此必需合理提取和回收有用组分,做好综合利用,以便合理利用自然资源。很多种稀有金属、贵金属以及硫酸等化工产品,都是在处理有色金属矿石或中间产品以及矿
4、渣、烟尘的过程中回收得到的。有色金属生产过程中通常产生大量废气、废水和废渣,其中含有多种有用组分,有时含有有毒物质, 一些有色金属也具有毒性。因此,在生产有色金属的过程中,必需留意综合利用与环境保护。此外,与钢铁的生产相比,一般说来,有色金属生产需要的能量是比较多的。据统计,如从矿石生产每吨钢能耗以 100 计,镁为 1127,铝为 767,镍为 455,铜为 352,锌为 206。因此,在有色金属工业中,降低能耗问题格外突出。在有色金属的开采、选矿、冶炼、加工及再生回收过程中,有多种提取方法可资选用。就冶炼过程而言,通常分为火法冶金、湿法冶金和电冶金。火法冶金一般具有处理精矿力量大,能够利用
5、硫化矿中硫的燃烧热,可以经济 地回收贵金属、稀有金属等优点;但往往难以到达良好的环境保护。湿法冶金常用于处理多金属矿、低品位矿和难选矿;电冶金则适用于铝、镁、钠等活性较大的金属的生产。这些方法要针对所处理的矿物组成选择使用或组合使用。为了强化有色金属的冶炼加工过程,进展了一系列技术、方法和设备,如高压浸取、流态化焙烧、有机溶剂萃取、离子交换、金属热复原、区域熔炼、真空冶金、喷射冶金、等离子冶金、氯化冶金以及连续铸轧、等静压加工、集中焊接、超塑成型等,大大丰富了冶金学的理论和工艺,不断推动了有色金属生产的进展。有色金属大多是加工成材后使用,因此如何合理有效地生产性能良好、物美价廉的有色金属材料以
6、取得最大的社会经济效益,是个格外重要的问题。随着科学技术的进步与国民经济的进展,对于有色金属材料在数量、品种、质量及本钱等方面不断提出的要求;不仅要求供给更好性能的构造材料、功能材料。对其化学成分、物理性能、组织构造、晶体状态、加工状态、外表与尺寸精度以及产品的牢靠性、稳定性等方面的要求也越来越高。总的说来,有色金属材料的生产正向大型化、连续化、自动化、标准化方向进展,这就需要高精度、高牢靠性的工艺、装备、把握技术与成品检测技术。一些材料,如半导体材料、复合材料、超导材料,技术如粉末冶金、外表处理等已经形成或者正在进展成为一个的技术领域2 锌的性质及其在国民经济中的地位1. 锌的物理性质金属锌
7、是银白色略带蓝灰色的金属,断面有金属光泽,晶体构造为密排六方晶格。锌在熔点四周的蒸汽压很小,液体锌蒸汽压随温度的上升而急剧增大,这是火法炼锌的根底。在不同温度下锌的蒸汽压如下:温度 /K692.577397311801223蒸汽压 /Pa21.9188.98151.1101325150439.1在室温下锌很脆,布氏硬度为 7.5。加热到 373423K 时锌变得很松软,延展性变好,可压成 0.05MM 的薄片,或拉成细丝。当加热到523K 时则失去延展性而变脆。锌的主要物理性质如下:性质单位数值性质单位数值半径pm83(Zn2+),125共价,133.2Zn2+,汽化热kj /mol114.2
8、熔点K692.73密度Kg /m37133300K沸点K1180热导率W/(mK)116(300K)溶化点Kj /mol6.67电导率m5.916108293K2. 锌的化学性质锌是元素周期表中第四周期族元素,元素符号 n,原子序数30,相对原子质量 65.39。锌原子的外电子构型为【Ar】3d10 4s2 ,在形成化合物时简洁失去 4S 轨道上的 2 个电子,+2 是锌离子常见的价态。锌具有较好的抗腐蚀性能,在常温下不被枯燥的空气、不含二氧化碳的空气或枯燥的氧所氧化。但与含有CO2 的湿空气接触时外表生成一层灰白色致密的碳酸锌ZnCO33Zn(OH)2 薄膜,保护内部锌不再被腐蚀。锌在熔融时
9、与铁形成化合物,冷却后保存在铁外表上,保护钢铁免受浸蚀。商品锌易溶于盐酸中、稀硫酸和碱性溶液中。锌的主要化合物有硫化锌、氧化锌、硫酸锌和氯化锌。3. 锌在国民经济中的作用金属锌的最大用途是镀锌,约占总耗锌量的 40%以上;其次是用于制造各种品牌的黄铜,约占总耗锌量的 20%;压铸锌约占 15%左右; 其余 20%25%主要用于制造锌基合金、干电池、氧化锌、建筑五金制品及化学制品等。锌广泛用于航天、汽车、船舶、机械、建筑、电子及日用工业等行业。电解槽的概述:锌的氧化物多用于橡胶、陶瓷、造纸、颜料工业;氧化锌在用作木料的腐蚀剂,硫酸锌用于制革、纺织和医药等工业。电解槽主要由左右端压板、左右端极板、
10、左右极板、中间极板、镍丝网、隔膜垫片等组成。整个槽体由二块端压板和六根拉紧螺栓将它们夹紧。二组电解小室成串联形式。 电解槽体的每个小室由阳极板、阳付极网、石棉隔膜布、阴极付网、阴极板及绝缘垫片组成。除左右端极板外,每块极板都是双极性的,朝着中间极板的一侧是阴极,背对的一侧是阳极。阴极侧产生氢气,阳极侧产生氧气。每块极板(除端极板)组件都是由主极板和极框焊接后镀银面成。主极板上的形成的空间里流淌。乳头还有输电的作用。极框本身是不参与电解的,乳头起支承付极网和石棉隔膜布的作用。电解液可以在乳头和隔膜布它比主极板厚得多。当它与绝缘密封垫压紧后,框内自然形成空间,保证氢(氧)碱液的流淌。在极框上下部开
11、有很多孔,并在其二侧沿径向分别开有很多沟槽与这些孔相通,使每个电解小室的阴阳极侧分别与相应的孔道相通。大修时左、右极板只是做部件外表镀镍检察和酸洗处理,有个别极板有脱镀现象应更换。阴负极网是由镍丝网编织后经过喷涂处理的镍丝网涂层名义成分为 Ni 80% 、Ai 20%。镍丝网涂层在 90、30的 KOH 溶液中强制循环下运行,涂层脱落比较严峻,长期运行后,网可设备性能大幅下降,电能耗大,应更换。3、石棉隔膜布与绝缘密封垫通过模压方式制作成一体,形成部件-石棉隔膜垫。它的周边是环状绝缘密封垫,中间为石棉隔膜布。绝缘密封垫承受F46名义成份压制而成。石棉隔膜布在烧碱溶液中耐碱性有肯定的要求,只能在
12、 90以下长期使用。设备长期运行后,石棉纤维脱落,孔隙增大,将导致氢氧气体的直接混合,绝缘密封垫,经过长期热胀冷缩和挤压,越来越薄,直至失去弹性,甚至裂开影响设备安全运行,大修时将全部更换。其次章 冶金计算给定的资料1.液成分mg/LZn(g/L)Mn2+g/LFe2+As3+Sb3+Bi3+Ge4+Ni2+1451702.53.5160.70.70.50.041Co2+Cu2+Cd2+Pb2+Cl-F-20.322.50.171382 工厂用水含氯 60mg/L,含氟 30mg/L. 最高温度 32,最低 143 夏天最高气温 37,冬天最低气温 3 年平均湿度 654 电解阴极周期 23h
13、冶金计算过程1 锌电解沉积过程的物料平衡计算计算所使用的资料(1) 冶炼总回收率 95(2) 阴极锌电炉熔铸锌直接回收率 97.5(3) 液含锌 150g/L 电积析出锌 96g/L(4) 液含锰 3.5g/L,废电解液含锰 3.0g/L(5) 产出 1t 阴极锌消耗铅阳极 4.5 (6) 阴极锌平均含铅取 0.005(7) 液密度 1.33 kg/L,废电解液密度 1.25kg/L(8) 电积过程中因喷溅,滴漏,跑液等不能回收损失的锌量占进料总锌量的 0.36以 100kg 锌精矿计算阴极锌产量阴极锌含金属量:100 0.5126 (1- 0.005)= 52.3115 0.975净化除铜镉
14、消耗锌粉 1.1165 。此锌粉的一局部来自于阴极锌,经熔化,压缩空气喷吹制得,另一局部来自于浮渣处理。吹制锌粉还需要 0.7975 的阴极锌。阴极锌含金属锌的总量为:52.3115+0.7975=53.109 ,阴极锌含锌 99.99,其产量为53.109 = 53.104 。0.9999进入电积的液量及其各分组的含量电积需要液量:53.1091000 = 559.042 L 或559.0421.33 = 743.526 95其中:ZnSO4559.042150 161.4 10-3 = 206.948 65.4H2O743.526 - 206.948 = 536.578 生成阳极泥的量进入
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