锌电解槽计算

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） 酸低电流密度法（标准法） 中酸中电流密度法(中间法) 高酸高电流密度法 220--300 800～1000 甚至大于1000 130--160 500--300 110--130 电流密度 （安/米） 300--500 耗电少，生产能力小，基建投资大 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 生产能力大；耗电多；电解槽结构复杂。 2 优缺点

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 0.045 Cd 0.005 Cu 0.0004 CO 0.005 Mn 4.720 （克/升） 120

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 0.028 Cd 0.003 Cu 0.0002 CO 0.005 Mn 3.217 （克/升） 46

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=0.028；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 （克） Zn 64.00 Fe 0.005 Cd 0.002 Cu 0.0002 共计 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：

64.0072?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 Zn Pb 0.0038 0.006 Fe 0.0050 0.0078 Cd 0.0020 0.003 Cu 0.00020 0.0003 共计 64.0110 100 重量（克） 64.00 % 99.983

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。 Q1=

Q(1??)吨 m?式中： Q1----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，%。

70000(1?0.028)?225吨/日 Q1=

330?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?

QD???1.2195?24×106 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；

2

D-----阴极电流密度，安培/米； 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。

225×106=15086米2

520?1.2195?24?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

F=

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=

F15086?13350片 =

f1.1313350?417个 32设一个电解槽装阴极片32块，则共需电解槽数为：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 = 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。

电解槽内衬耐腐蚀的材料有：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。

Q?E?1000 W?

24?0.98?1.2195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=3.25伏

225?3.2?1000?25102千瓦 则 W?24?0.98?1.2195系列中的电压降为总电压降的1-2.5%，取1.5%，则总电压降为：

280×3.20×（1+0.015）=909.44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：10000×2 = 20000安培。整流器设备功率与电解槽数量要求相适应。

3.4.6 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。 Q?I?q???N

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，1.2195，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。

18803?1.2195?0.98?1?303.7 升/小时 故 Q?120?46一个电解槽每天需中性电解液数量为：

303.7×24=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 3.4.7 废电解液数量的计算

一小时供中性电解液303.7 升，含锌120克/升，此时电解液比重为1.258。因此中性电解液重量为：

303.7?64?19.437 公斤

1000 在阳极上析出氧量为：

19.437?16?4.804 公斤

65.4 电极反应为：

ZnSO4 + H2O → Zn + H2SO4 + 1/2O2 (直流电) 析出的锰的量为：

303.7?1.5?0.456 公斤

1000 故共析出：

19.437+4.804+0.456=24.697 公斤 剩余： 382.05 - 24.697 = 357.35 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槽 —S极 =2.508—0.328 =2.18米2 则蒸发损失为： 2.18×1=2.18 公斤。

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