13.1. Расчет расхода злектроэнергии

При электролитическом рафинировании меди расход электроэнергии определяется по следующему соотношению кВт•ч/т:

W=E10³/1,186A,

где Е – полное падение напряжения на одной ванне, В (E= Е_B + E_Ш);

здесь Е_В – падение напряжения на ванне, В;

Е_Ш – падение напряжения на шинах ванны, В;

1,186 – электрохимический эквивалент для меди, г/(А ч);

А–выход по току, %/100.

Для определения расхода электроэнергии обычно задаются практическими данными выхода по току и машинного времени, которые равны

М=91÷93%; A=94÷96%.

Падение напряжения на ванне можно определить как расчетом, так и снятием баланса напряжения ванны. В общем виде падение напряжения на ванне определяется следующим выражением:

Eв=Ea–Eк+Eш+Eэл,

где Еа – потенциал анода;

Ек – потенциал катода;

Еэл – падение напряжения в электролите, включая падение в шламе;

Еш — падение напряжения на контактах и проводниках первого рода.

На отечественных медеэлектролитных заводах, по данным А.И. Левина и М.И. Номберга, падение напряжения на ванне колеблется в пределах 0,29–0,404 В.

В общем падении напряжения на ванне основная часть потерь электроэнергии приходится на электролит, в котором теряется 50–70% напряжения (см. Приложение I).

В качестве материала для ошиновки в медеэлектролитных цехах используют медь и алюминий. Алюминиевые шины обычно прокладывают от преобразовательных агрегатов до цеха. Внутри цеха, учитывая его атмосферу, которая вредно действует на стойкость алюминия, ошиновка выполнена из меди. По данным практики, потери напряжения на шинах составляют 12–15% от падения напряжения на ванне. Используя приведенное выше выражение, определим технологический расход электроэнергии на 1т катодной меди, если падение напряжения на ванне составляет 0,36 В, а сопротивление ошиновки дает падение напряжения на шинах в расчете на ванну 0,04 В. Машинное время ванн составляет 91%, а выход по току 94%.

Подставляя указанные значения, получим

[(0,36+0,04)/1,186•0,94] 10³=(0,4/1,115) 10³=359 кВт-ч/т.

На практике расход электроэнергии на 1 т катодной меди составляет 320–400 кВт-ч.

13.2. Расчет количества ванн и преобразовательных агрегатов

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются кремниевые выпрямители со следующей характеристикой:

Сила тока, А 12500 12500 12500 6250

Напряжение, В 300 150 75 48

При электролизе меди обычно для товарных серий применяют выпрямители первого и второго типа, а для матричных серий – третьего типа.

Определим количество ванн, необходимых для производства 200 тыс. т меди в год. Производительность цеха подсчитывается по формуле

P=n I 365•24M•1,186A,

где Р – производительность цеха, тыс.т;

n – число электролитных ванн;

I – сила тока на ванну, 12500 А;

365 – число календарных суток;

24 – время, ч;

1,186 – электрохимический эквивалент меди, г/А•ч;

А – выход по току, 0,94;

М – машинное время ванн, 0,91.

Тогда количество ванн составит

n 200000•10⁶/(12500•24•0,91•0,94•1,186•365)=1800.

Кремниевые выпрямители можно включать в цепь параллельно на силу тока на ваннах до 25000 А. При падении напряжения на ванне и в цепи, равном 0,40 В, необходимо иметь напряжение на преобразователях Eпр=1800•0,40=720 В. Следовательно, исходя из технической характеристики кремниевых выпрямителей, для цеха такой производительности необходимо установить три кремниевых преобразователя I типа или пять кремниевых преобразователей II типа. В данном случае следует принять установку пяти кремниевых выпрямителей с характеристикой 12500 А и 150 В, что даст незначительный резерв по мощности.