年产7万吨锌锭的湿法炼锌浸出车间的设计

第三章锌电积工艺过程及设备计算

3.1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

H2SO4（克/升）电流密度

（安/米2）

优缺点

酸低电流密度法（标准法）110--130 300--500 耗电少，生产能力小，

基建投资大

中酸中电流密度法(中间法) 130--160 500--300

生产操作比前者简单，

生产能力比前者大但

比后者小基建投资小

高酸高电流密度法220--300 800～1000 甚至大

于1000

生产能力大；耗电多；

电解槽结构复杂。

3.2 设计任务

设计生产能力为7万吨锌锭的电解设备

3.3 原始资料

3.3.1 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Zn Fe Cd Cu CO Mn （克/升）120 0. 0.005 0.0004 0.005 4.720

3.3.2 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Zn Fe Cd Cu CO Mn （克/升）46 0. 0.003 0.0002 0.005 3.217

3.3.3 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，β=0.；年工作日为330日。

阴极锌熔铸直收率η1 = 97%

阴极电流密度D阴= 520安培

槽电压V槽= 3.20伏

电流效率ηi = 98%

阴极规格长×宽×厚= 1000×666×4（毫米）

3.4 工艺过程及设备计算

3.4.1物料平衡及电解槽计算

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Zn Fe Cd Cu 共计

（克）64.00 0.005 0.002 0.0002 64.0072 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0.006%则进入到阴极锌中铅的量为：

0038.0100

006

.00072.64=⨯克

那么阴极锌的成份如表3-5所示。

表3-5 阴 极 锌 成 份

组成

Zn

Pb Fe Cd Cu 共计 重量（克） 64.00 0.0038 0.0050 0.0020 0.00020 64.0110 %

99.983

0.006

0.0078

0.003

0.0003

100

3.4.2 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 1=

η

βm Q )

1(+吨 式中： Q 1----每日应产出阴极锌的数量，吨； Q ----设计生产能力，吨锌锭/年；

β----用于制造锌粉之锌锭占年产锌锭量的百分比，%； m ----年工作日，日； η----阴极锌熔铸直收率，%。 Q 1=

22597

.0330)

028.01(70000=⨯+吨/日

（2）阴极有效总面积及片数的计算 阴极有效总面积的计算。 24

2195.1⨯⨯⨯=

ηD Q

F ×106 米2

式中： F-----阴极有效总面积，米

2

Q-----每日产出的阴极锌量，吨；

D-----阴极电流密度，安培/米2； η-----电流效率，%；

1.2195----锌的电化当量，克/安培； 24-----电解析出时间，小时。

F=

98

.0242195.1520225

⨯⨯⨯×106=15086米2

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0.87米，则每片阴极的有效面积（按两面计）为： f 阴 =0.87×（0.666-0.007×2）×2=1.13米2

故共需阴极片数n=

f

F =1335013.115086

=片 设一个电解槽装阴极片32块，则共需电解槽数为：41732

13350

=个 每个电解槽的阴极总面积为：

1.13×32=36.16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。

3.4.3 电解槽部尺寸大小的计算 电解槽部宽度的计算。

设阴极边缘到槽壁距离为95毫米，则电解槽宽为：

B=666+2×95=856≈860毫米

电解槽部长度计算。

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。则电解槽部长度为：

L=32×5+33×10+32×2×34+125×2=2916毫米

电解槽部高度的计算。

设槽液面至槽面的距离为100毫米；槽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。则电解槽的高位：

H=100+880+500=1480毫米

故电解槽的部尺寸为：

长×宽×高= 2916×860×1480 （毫米）

电解槽容积（不设槽冷却器）为：

V槽= L×B×H = 2.916×0.86×1.48 = 3.711米2 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。电解槽衬耐腐蚀的材料有：铅皮、聚氯乙烯、环氧玻璃钢、辉绿岩等。

3.4.4 通过电解槽电流强度的计算

一个电解槽的阴极总面积为36.16米2

故电流强度I=36.16×520 = 18803安培

设富余5.4% 则I=18808×1.054 = 19818.362安培

3.4.5 整流设备选择

整流设备总功率按下式计算。