13.3. Расчет количества катодов и размеров электролизной ванны

Общая площадь катодов одной ванны определяется по силе тока и принятой плотности тока. В настоящее время плотность тока на отечественных заводах на товарных сериях равна 250–270 А/м². Примем, что для нашего примера она равна 260 А/м². Тогда при силе тока 12500 А площадь катодной поверхности ванны F=12500/260=48 м². Размеры катодного полотна на отечественных заводах колеблются в пределах 820–880 мм по длине и 860–880 мм по ширине. Примем размеры полотна равными: a=860 мм (длина), b=860 мм (ширина).

Так как в ванне число катодов больше числа анодов на один, но крайние катоды работают только одной стороной, то общая площадь всех катодов будет равна F=2ab(n–1). Отсюда число катодов в ванне равно n=F/(2ab)+1=48/(2•0,86•0,86)+1=32+1=33. Число анодов будет равно n–1=33–1=32. Внутренние размеры ванны (длина l, ширина Б и глубина В) определяются исходя из технологических требований, конструктивных соображении, размеров анода и катодного полотна, числа катодов и пр. (см. Приложение I).

Примем, что толщина анода 45 мм, толщина катода, вынимаемого из ванны, 12 мм. Расстояние между одноименными электродами по центру l примем равным 100 мм. Зазоры от внутренней поверхности ванны до поверхности крайних катодов принимаем равными 200 и 150 мм. В этом случае длина ванны равна 100(n–1)+200+150=(33–1)100+350=3550 мм. Имеются типизированные ванны длиной до 4 м. Ширину ванны Б определяем по ширине катода (860 мм) и ширине зазоров между катодом и внутренней поверхностью ванны, равных 80•2. Следовательно, Б=860+160=1020 мм. Глубина ванны при расстояниях от дна до полотна катода 250 мм и от поверхности электролита до борта ванны 50 мм и длине полотна 860 мм будет равна В=860+50+250=1160 мм. При значительном выходе шлама ее увеличивают до 1250 мм.

13.4. Расчет напряжения на ванне

Как было сказано выше, основную составляющую в падении напряжения на ванне составляет сопротивление электролита, которое рассчитывается по методу С. Сковронского. Используя указанный метод, рассчитаем сопротивление электролита следующего состава, г/л: 40 Сu; 200 H₂SO₄; 20 Ni; 4 As; 2 Fe (остальные при-меси не учитываем).

Сопротивление растворов серной кислоты в зависимости от концентрации при 55⁰С приведено в § 4.1.

По формулам С. Сковронского сопротивление составляющих электролита равно, %:

Сu	100+0,657•40=126,28	As	100+0,0725•4=100,29
Ni	100+0,766•20=115,32	Fe	100+0,818•2=101,636

где Сu, Ni, As, Fe – концентрация элементов (г/л) в электролите.

Коэффициент сопротивления электролита найдем по формуле

Таким образом, сопротивление электролита при 55⁰С будет равно 1,364•1,209=1,649 Ом/см³.

Формула для внесения поправок на температуру приведена на с. 30.

Рассчитаем напряжение на ванне, необходимое для преодоления этого сопротивления, приняв, что наращивание катодов осуществляется в два срока. Максимальное сопротивление слой электролита будет иметь в момент наибольшего расстояния между поверхностями пар электродов. По материальному балансу электролиза выход анодных остатков составляет до 18%, а на катод переходит 79,958% анодной меди. Таким образом, толщина анодных остатков составляет 45•0,18=8,1 мм, толщина катодной основы 1 мм, т.е. максимальное расстояние между электродами будет (100–8,1–1)/2=45,45 мм.

Сопротивление слоя электролита составит 1,649•4,545/86,0/86,0=0,001013 Ом.

Общее сопротивление электролита всей ванны будет равно 0,0010113/32/2=0,00001583 Ом.

Напряжение, необходимое для преодоления этого сопротивления при силе тока 12500 А, будет равно IR=12500•0,00001583=0,198 В. При условии, что оно составляет 55% от падения напряжения на ванне, общее падение напряжения ванны будет равно 0,198/0,55=0,36 В.