Вопрос 5. Конструкции электролизных ванн

Ванна - основной агрегат для электролитического ра­финирования меди и должна обладать:

• высокой прочностью, так как в нее загружают элект­роды общей массой около10т и заливают до 10 м³элек­тролита;

• стойкостью к агрессивным растворам (концентрация серной кислоты свыше до 200 г/дм³ при температуре 330— 340 К;

• форма ванны должна обеспечить удобство при рабо­те, осмотре и ремонте, а также рациональное использова­ние площади помещения, т.е. обеспечить выпуск с единицы площади цеха максимального количества продукции.

Наибольшее распространение получили ванны из моно­литного или сборного бетона, чаще всего кислотоупорно­го (рис. 6.19). Типичные внутренние размеры ящич­ных ванн, м: длина 3,5...5,5, ширина 1,0...1,3, глубина 1,2... 1,4. Габариты электролизных ванн определяются раз мерами электродов и расстоянием между ними. Глубина ванн, кроме длины электродов, определяют с учетом количества и качества образующегося шлама и сроков чистки электролизеров. Ширина ванны должна быть на 100 мм больше ширины катода. Между торцовой стенкой ванны икрайними катодами оставляют расстояние от 150 до 210 мм, а со стороны ввода электролита - не менее 200 мм. Длина ванны зависит от числа электродов и расстояния между ними. Количество анодов на единицу больше количества катодов, которое рассчитывают по выбранной силе токаI,оптимальной катодной плотности тока i_к и рабочим разме­рам полотна катода (а - длина,b- ширина)

N_к = I / (2- i_ка∙b)(6.3)

Межэлектродное расстояние (между центрами одноимен­ных электродов) колеблется от 89 до 110 мм. Уменьшение межэлектродного расстояния увеличивает производитель­ность ванны, но также - число коротких замыка-

Рис.6.19. Ванна для электролитического рафинирования меди

1-карман для ввода электролита; 2-анод;3-катод; 4-лоток для вывода электролита; 5-железобетонная ванна; 6-винипластовая футеровка; 7-изоляторы;

8-контрольные отверстия

ний и трудозатраты на обслуживание. Наименьшее значение этого размера отмечено лишь в новых технологиях рафинирова­ния, связанных с применением тонких анодов.

Менее распространены блочные конструкции ванн (за­воды «Норильский никель», «Североникель» (Россия); «Онахама» (Япония) и др.); они отличаются более сложной кон­струкцией, усложняющей также их ремонт и обслужива­ние. В первую очередь это связано с использованием в них циркуляции с распределенным вводом и выводом электро­лита.

Ванны для удобства обзора и устранения неполадок при эксплуатации монтируют на высоте 2,0-3,5 м от нуле­вой отметки на балках, опирающихся на колонны или не­посредственно на колоннах. Для уменьшения утечек тока между балками или колоннами и опорными брусьями ванн укладывают изоляторы: стеклянные, фарфоровые, тексто­литовые, диабазовые пластины или стандартные фарфоро­вые электроизоляторы и дополнительно под каждым бло­ком ванн - изолированное основание, не связанное с осно­ванием соседнего блока.

В современной практике применяют футеровку из поливинилхлорида или винипласта толщиной 10-15 мм. Винипластовую футеровку электролизеров собирают в металли­ческих шаблонах определенного размера, стыки листов сваривают вручную винипластовыми прутками при темпе­ратуре 493...533 К или на сварочных машинах при 403...423 К. Стандартные размеры ванн и шаблона обеспе­чивают быструю установку футеровки в электролизер. При изготовлении винипластовой футеровки необходима высо­кая точность. Несовпадение размеров электролизера и фу­теровки может привести к разрушению последней гидро­статическим давлением электролита. Чтобы случайный об­рыв анода или катода не пробил футеровку, дно ванны выстилают деревянными или винипластовыми досками, которые закрепляют поперечными брусками, расклинен­ными между стенками.

Футеровка из винипласта значительно дешевле ранее применявшейся свинцовой, однако, в отличие от нее, имеет меньший срок службы в связи со «старением» винипласта, эксплуатируемого в агрессивной среде (появление хрупко­сти). По этой же причине не получили распространения ванны, изготовленные из полимербетона. Поэтому поиск более стойкого и технологичного футеровочного материа­ла электролизных ванн до сих пор является актуальным.

В последнее время для изготовления футеровки стали применять пластикат, полиэтилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полипропилен и другие пластические мате­риалы. Наряду с ними, все большее распространение приобретает кислотостойкий бетон, пластобетон, алевролитный кирпич и некоторые другие материалы. В то же время заслуживает внимания накопленный положительный опыт футеровки ванн кислотоупорным кирпичем на асфальтобитумной мастике («Норильский никель»).

Компоновку электролизеров в серии проводят по кас­кадной и бескаскадной системе. В первом случае ванны расположены в 2-4 каскада по 10-20 ванн; на новых пред­приятиях, введенных в эксплуатацию за последние 20 лет, применяют в основном бескаскадную систему (рис. 6.20). Это оправдывается при повышенной интенсивности их работы, требующей наибольшего постоянства температу­ры, состава электролита и концентрации поверхностно-активных веществ во всех ваннах.

От компоновки серий электролизеров зависят произво­дительность цеха, удобство обслуживания оборудования и возможность механизации трудоемких операции. Серии электролизеров располагают по длине цеха. Меж-

.

Рис.6.20. Компоновка электролизеров в серии

1-главная шина;2-передаточная шина;3-шунт-разделитель;4-уравнительная шина;

а-подача электролита;б-вывод электролита

ду группами серий устраивают рабочие площадки, оборудован­ные узкоколейными железнодорожными путями и промыв­ными машинами для отмывки товарных катодов и анод­ных остатков. На рабочие площадки подвозят в специаль­ных вагонах аноды, которые затем мостовым краном с по­мощью специальных рам с захватами завешивают в ванны. С помощью этих же рам завешивают стартерные катоды, извлекают из ванн катоды с осадком и анодные остатки и подают их на промывочные машины.

Недостатками общепринятой технологии электрорафинирования меди, основанной на использовании стандарт­ных электролизных ванн, является сложность операцион­ной подготовки катода: наращивание основы на матрицах для изготовления стартерного катода, завешивание его, постоянный кон-

5

Рис.6.21. Электролизер с ленточным катодом:

1-корпус ванны;2-анод;3-катодная штанга;4-лента (катод);

5-противовес;а-ввод электролита;б-вывод электролита

троль коротких замыканий и поверхности катода в процессе наращивания и трудоемкость настройки электролизных ячеек. С целью упрощения этих процессов предложена и испытана в промышленных условиях элект­ролизная ванн, включающая корпус с размещенными в нем электродами, катодные штанги, токоподводящие шины, устройства подачи и отвода электролита. Катод выполнен из полосы однослойной медной фольги толщи­ной 50-500 мкм, изогнутой в виде последовательного рядавертикальных петель с размещением каждой петли в соот­ветствующем межанодном пространстве с крайними кон­цами медной фольги, закрепленными на катодных штан­гах. Последние укреплены в торцах ванны. Верхняя полу­волна каждой из петель опирается на полутрубчатую ка­тодную штангу диаметром больше толщины да, уста­новленную над анодом, а в нижнюю полуволну каждой из петель уложен противовес - цилиндр из токонепроводящего материала (рис. 6.21).