锌电解槽计算

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

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）

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）

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=；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 = 伏 电流效率 ηi = 98%

阴极规格 长×宽×厚= 1000×666×4（毫米）

工艺过程及设备计算

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）

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：

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

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，%； 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米，则每片阴极的有效面积（按两面计）为： f 阴 =×（）×2=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：

×32=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+2×95=856≈860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=32×5+33×10+32×2×34+125×2=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：

H=100+880+500=1480毫米 故电解槽的内部尺寸为：

长×宽×高 = 2916×860×1480 （毫米） 电解槽容积（不设槽内冷却器）为：

V 槽 = L ×B ×H = ×× = 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

一个电解槽的阴极总面积为米2

故 电流强度 I=×520 = 18803安培 设富余% 则 I=18808× = 安培 整流设备选择

整流设备总功率按下式计算。 2195

.198.0241000

E ⨯⨯⨯⨯=Q W

式中：

W-----整流设备总功率，千瓦； Q-----每天应产出的阴极锌总量，吨； E-----槽电压，伏，取E=伏 则 251021.2195

0.98241000

3.2225W =⨯⨯⨯⨯=

千瓦

系列中的电压降为总电压降的%，取%，则总电压降为： 280××（1+）=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：

14.38000

25102

=台 取4台 每系列由2台硅整流器供电，总电流为：10000×2 = 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。

p

P N

q I Q -⨯⨯⨯=

η

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 η----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 7.30346

1201

98.02195.118803=-⨯⨯⨯=

Q 升/小时

一个电解槽每天需中性电解液数量为： ×24=7289升/天 全部电解槽每天共需中性电解液数量为： 7289×417=3040米3 废电解液数量的计算

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：

437.191000

64

7.303=⨯ 公斤

在阳极上析出氧量为： 804.44

.6516

437.19=⨯ 公斤

电极反应为：

ZnSO 4 + H 2O → Z n + H 2SO 4 + 1/2O 2 (直流电) 析出的锰的量为：

456.010005.17.303=⨯ 公斤

故共析出：

++= 公斤