36.1 Расчет количества катодного цинка

Тенденция к интенсификации гидрометаллургического производства цинка обусловила стремление работать с повышенным содержанием цинка в растворах и иметь повышенный съем металла с единицы объема раствора. В заводской практике содержание цинка в растворах колеблется в пределах 120–170 г/л. Заданное в данном примере содержание цинка в электролите 135 г/л отвечает средним цифрам. Оно обусловливает проведение электролиза при содержании кислоты 130 г/л. Количество цинка, осаждаемого на 1 м³ раствора, находим следующим образом: 98 г H₂SO₄ образуется при выделении 65,4 г Zn, 130 г H₂SO₄ образуется при выделении X г Zn, отсюда X=65,4 130/98=86,76 г.

Остаточное содержание цинка в отработанном электролите равно 135–86,76=48,24 г/л.

Количество цинка, подлежащего осаждению, равно 86,76•3250/1000=281,97 т. На практике потери цинка при электролизе составляют 0,3–0,5%, принимаем для расчета 0,4 %.

Будет получено катодного цинка 281,97•(1,0–0,004)=280,84 т/сут.

На основании выполненных расчетов составляем материальный баланс электролиза.

Материальный баланс электролиза цинкового раствора: загружено цинкового раствора 3256 м³ (содержание цинка 135 кг/м³, всего цинка в нем 436,75 т). Получено катодного цинка 280,9 т при содержании цинка в нем 99,8 %, отработанного электролита 3256 м³ при содержании цинка в нем 48,24 %. Потери цинка составляют 1,13 т.

Примечания. 1. Загружено цинка (за вычетом цинка в отработанном электролите) 281,97 т. Следовательно, извлечение цинка в катодный металл составляет 99,6 %, потерь 0,4 %.

2. При расчетах с применением точно определенных плотностей растворов объемы цинкового раствора и отработанного электролита не равны. Кроме того, следует учесть испарение электролита.

36.2 Расчет производительности одной электролизной ванны

Принимаем для расчета типовую ванну с 33 алюминиевыми катодами и 34 свинцово-серебряными анодами. Рабочая площадь 1 катода равна 1,25 м².

Суммарная площадь катодов в одной электролизной ванне равна 1,25•33=41,25 м². По заводским данным, плотность тока на катоде колеблется в пределах 400–630 А/м². Принимаем для; нашего расчета 550 А/м². В проектах плотность, тока должна быть обоснована. Токовая нагрузка на ванну составляет 550•41,25=22688 А. Производительность одной электролизной ванны определяем по формуле

Q_в= ,

где – сила тока в цепи (22688 А);

– продолжительность электролиза (24 ч);

– электрохимический эквивалент для цинка [1,2193 г/(А•ч)];

– выход по току (обычно составляет 89–92%, принимаем для расчета 91).

Q= кг/сут.

Сопоставляя производительность ванны со съемом цинка с 1 м³ раствора, устанавливаем, что в ванну следует подавать 604,1/86,76=7,0 м³ раствора в сутки. Обычно подачу нейтрального раствора (циркуляцию) рассчитывают в л/мин. В нашем примере циркуляция равна 4,86 л/мин.

36.3 Расчет количества электролизных ванн

Расчет количества электролизных ванн начинаем с определения коэффициента их использования (машинного времени электролизных ванн). На основании практики работы цинкэлектролитных цехов принимаем, что каждая электролизная ванна находится в ремонте ежегодно 5 сут. Кроме того, ванны через 20–25 сут отключают на чистку на 3 ч. Это составит в год 365•3/(20•24)=2,28 сут.

В итоге коэффициент использования электролизных ванн К_и составит [365–(5+2,28)]/365=0,98; число электролизных ванн n=Р•1000/(Q•K_и),

где Р – масса катодного цинка в сутки, кг;

Q – производительность одной электролизной ванны, кг/сут;

К_и – коэффициент использования ванны. В нашем случае число ванн n=280,84•1000/(604,1•0,98)=474,6. Принимаем 480 ванн, скомпанованных в двух сериях, по 240 шт. в каждой.