课程设计 电解槽

《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：2014年05月12号至2014年5月24号

目录

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

第二章冶金计算

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辅助设备的选择与计算

1 主要浸出设备（浸出槽）的选择与计算

2 主要辅助设备的选择与计算

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(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。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，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属伸展性良好的原因。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、科学技术发展必不可少的基础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、导弹、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。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展有色金属工业，增加有色金属的战略储备。

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。因此矿山是发展有色金属工业的重要

基础。有色金属矿石中常是多种金属共生，因此必须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。许多种稀有金属、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,必须注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，降低能耗问题非常突出。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能力大,能够利用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；但往往难以达到良好的环境保护。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,发展了一系列新技术、新方法和新设备，如高压浸取、流态化焙烧、有机溶剂萃取、离子交换、金属热还原、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、扩散焊接、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发展。

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取得最大的社会经济效益，是个十分重要的问题。随着科学技术的进步与国民经济的发展，对于有色金属材料在数量、品种、质量及成本等方面不断提出新的要求；不仅要求提供更好性能的结构材料、功能材料。

对其化学成分、物理性能、组织结构、晶体状态、加工状态、表面与尺寸精度以及产品的可靠性、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、标准化方向发展，这就需要高精度、高可靠性的工艺、装备、控制技术与成品检测技术。一些新材料，如半导体材料、复合材料、超导材料，新技术如粉末冶金、表面处理等已经形成或者正在发展成为一个新的技术领域

2 锌的性质及其在国民经济中的地位

1. 锌的物理性质

金属锌是银白色略带蓝灰色的金属，断面有金属光泽，晶体结构为密排六方晶格。锌在熔点附近的蒸汽压很小，液体锌蒸汽压随温度的升高而急剧增大，这是火法炼锌的基础。在不同温度下锌的蒸汽压如下：

温度/K 692.5 773 973 1180 1223

蒸汽压/Pa 21.9 188.9 8151.1 101325 150439.1

在室温下锌很脆，布氏硬度为7.5。加热到373~423K时锌变得很柔软，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：

2. 锌的化学性质

锌是元素周期表中第四周期ⅡＢ族元素，元素符号Ｚn，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，在形成化合物时容易失去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，在常温下不被干燥的空气、不含二氧化

碳的空气或干燥的氧所氧化。但与含有CO2的湿空气接触时表面生成一层灰白色致密的碳酸锌ZnCO3·3Zn(OH)2薄膜，保护内部锌不再被腐蚀。锌在熔融时与铁形成化合物，冷却后保留在铁表面上，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。

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。

电解槽的概述：

电解槽主要由左右端压板、左右端极板、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