Подготовка растворов и электролиз цинка

     При централизованном  охлаждении весь электролит, поступающий  в ванны, предварительно охлаждается  на специальных установках. На  многих заводах для этой цели применяют градирни – железобетонные башни, где электролит охлаждается воздухом. Горячий электролит подают в градирню сверху на насадку (деревянные или пластмассовые брусья), по которой он стекает вниз. Снизу сквозь поток электролита просасывается воздух вентилятором или естественной тягой. Охлаждение происходит за счёт передачи тепла воздуху, а также за счёт частичного испарения раствора. Недостатком охлаждения электролита в градирне является изменение её охлаждающей способности при изменении температуры и влажности воздуха, в связи, с чем условия охлаждения в тёплое время года неблагоприятны.

     Принцип  охлаждения электролита в градирнях  получил дальнейшее развитие в турбулентном контактном охладителе (рис. 2) с шаровой насадкой.

 

Рис. 2.  Турбулентный контактный абсорбер для охлаждения

электролита:

1 – выходное отврстие; 2 – первая площадка; 3 – шары  из плстмассы; 4 – вторая площадка; 5 – форсунка для горячего электролита; 6 – каплеуловитель; 7 – решётка; 8 – смотровое окно; 9 – индикатор уровня жидкости; 10 – манометр; 11 – насос.

Охладитель может работать и как абсорбер для очистки  воздуха от вредных газов. Пластмассовые шары расположены на трёх решётках по высоте башни. Как и в градирне, горячий раствор подают сверху, снизу вентилятор нагнетает воздух. Давление воздуха подбирают таким образом, чтобы шары находились во взвешенном состоянии. Благодаря этому теплообмен между электролитом и воздухом происходит значительно эффективнее, чем в обычных градирнях. Если при централизованном охлаждении не удаётся снизить температуру электролита до оптимальной, его доохлаждают змеевиками в ваннах (комбинированная схема).

Питание ванн раствором

     При непрерывном  электролизе и неизменной плотности  тока поступление свежего раствора также должно быть непрерывным и равномерным. Для этого создают постоянный напор нейтрального электролита (или его смеси с отработанным) в общецеховых емкостях, из которых электролит самотёком поступает в раздаточные устройства, а затем в ванны через питающие патрубки постоянного сечения.

     Напорное  и раздаточное оборудование может быть закрытого (баки, трубопроводы) или открытого (желоба) типа. Преимущества закрытых магистралей – отсутствие испаряющегося электролита как источника вредных выделений в воздушную среду цеха. Недостаток – более трудоёмкая, чем при питании по желобам, очистка от осадков гипса и сульфата цинка. Подача свежего электролита в каждую ванну осуществляется по шлангам с регулирующими зажимами или через калиброванные штуцеры. Отработанный электролит каждой ванны отводится самотёком по желобам или трубопроводам в сборники, расположенные в нижнем ярусе.

При охлаждении электролита  непосредственно в ваннах с помощью  змеевиков скорость подачи свежего  раствора зависит от концентрации в  нём цинка, так как в отработанном электролите должно содержаться его 45 – 55 г/дм3. Чем цинка больше, тем дольше должен вырабатываться электролит в ванне и тем меньше скорость циркуляции.

При централизованном охлаждении электролита (градирни, вакуум-испарительные  установки) содержание цинка в поступающем  в ванны растворе находится в зависимости от скорости циркуляции, а она в свою очередь – от производительности охлаждающей системы.

Обслуживание ванн в  период наращивания цинка

     Чтобы процесс  выделения цинка на катодах  был эффективным, требуется круглосуточное наблюдение за работой ванн, своевременное выполнение операций контроля и регулирования технологических параметров, тщательный уход за оборудованием. Наибольшее внимание приходится уделять составу и температуре электролита, чистоте контактов, взаимному расположению электродов.

     Наблюдение  за составом электролита ведут  дежурные по электролизу, в  обязанности которого входит  приготовление и дозировка в  электролит коллоидных добавок, улучшающих качество катодного цинка, а также пенообразующих веществ, препятствующих образованию сернокислотного тумана над ваннами.

     Во время  работы на анодах образуется  шлам, состоящий в основном из  оксида марганца MnO₂. Часть шлама с анодов осыпается на дно ванны. Особенно интенсивно образуется шлам при повышенном содержании марганца в электролите и при работе на новых анодах. Шлам благоприятно влияет на срок службы анодов, защищая их от разъедания электролитом, но при этом увеличивается сопротивление анодов, ухудшается циркуляция электролита как между электродами, так и в донных его частях, возрастает вероятность коротких замыканий. Поэтому ванны через каждые 20 – 30 дней работы останавливают для чистки.

     Очистка  ванны от шлама ведут следующим  образом. Прежде чем отключить ванну, около неё устанавливают станок для переключения и обработки электродов, приносят медные шинки для шунтирования ванны, лопатку для чистки анодов, молоток для их правки, щётку для зачистки контактов. Операции на ванне начинают с перекрытия рожка, подающего свежий электролит. С помощью тельфера вынимают восемь катодов, а затем в два приёма – восемь сопряжённых с ними анодов. Поперёк ванны устанавливают медные перемычки, замыкая ими электроды ванн, смежных с отключаемой. Каждый анод ванны, расположенный слева, соединяют с противостоящим катодом ванны, расположенной справа. Освободив ванну от электродов, приступают к откачке загрязнённого шламам электролита. Для этого в ванну опускают шланг и подключают его к вакуумной системе или пульповому насосу. Стараются тщательно очистить от шлама стенки и дно ванны. Если ванна имеет донный слив, шлам выпускают в шламосборник по желобу самотёком. Очищенную от шлама ванну снова заполняют электролитом, выставляют электроды. Каждый анод перед установкой очищают от шлама алюминиевой лопаткой и выправляют молотком. Шлам с анодов сбрасывают в соседнюю ванну, которую предстоит очистить.

Сдирка катодного цинка.

     Один раз  в сутки катоды вынимают из  ванн и освобождают от нарощенного цинка. Операцию сдирки выполняют обычно в дневное время наиболее квалифицированные рабочие – катодчики. Из ванны поднимают одновременно 8 – 15 катодов с помощью специального захвата и тельфера, дают стечь электролиту. Затем катоды поочерёдно устанавливают на сдирочный стол и отделяют слой нарощенного цинка от алюминиевой матрицы поочерёдно с каждой стороны.

     Для снятия  цинкового осадка применяют специальные  сдирочные ножи, изготовленные из рессорной или инструментальной стали. Катод на сдирочном столе располагают так, чтобы содранный лист под собственным весом упал на тележку или в клеть для транспортировки в плавильное отделение. После сдирки катодчик осматривает изолирующие рейки и заменяет изношенные; катоды с нарушенным полотном заменяет запасными; контакты, разомкнутые во время сдирки, обязательно зачищает стальной щёткой.

     При продольном расположении ванн в блоке (боковом подводе тока) сдирку цинка ведут вне ванн, на площадке, на площадке в торце блока. Сюда с помощью тельфера переносят партию из 10 – 15 катодов и обрабатывают. Условия труда сдирщика цинка в этом случае значительно лучше, чем при сдирке на ваннах, где из-за повышенного содержания кислотного тумана часто приходится работать в респираторах.

     Во время  сдирки цинка ванну не отключают,  поэтому с изъятием части катодов  увеличивается сила тока на  оставшихся в ванне и нарушается его распределение. В наибольшей степени это нарушение проявляется в сериях, где передача тока от ванны к ванне решена по схеме анод – катод. При подъёме партии катодов обесточивается часть анодов соседней ванны, и на сопряжённых катодах наблюдается обратное растворение цинка. Это вызывает необходимость вести сдирку цинка как можно быстрее.

     При сдирке  катодного цинка возникает целый  ряд осложнений, которые являются основным препятствием для её механизации. Для устойчивой и эффективной работы сдирочной машины необходима глубокая очистка электролита от примесей. Предельно допустимые  концентрации примесей для применения катодосдирочных машин, мг/дм3: F – 30; Cl – 50; Fe – 10; Co – 0,5; Cu – 0,2; Ni – 0,05; Sb – 0,02; Sn – 0,01; Te – 0,001. Подобный уровень чистоты электролита достигнут лишь небольшим количеством заводов. На сдирочных машинах применяется тот же принцип отделения катодного осадка от матрицы, что и при ручной сдирке, - с помощью ножей, расклинивающих границу между цинком и алюминием.

     Освоение механизированной сдирки сопровождается значительными изменениями в конструкции ванн и режиме наращивания цинка. Устранение ручной перестановки электродов расширило возможности увеличения их размеров и массы. Так, на заводе Бален (Бельгия) катоды при рабочей площади 2,6 м2 имеют толщину 7 мм, а аноды - 15 мм. При такой толщине коробления электродов во время работы практически не происходит. Механизация сдирки даёт возможность увеличить срок наращивания цинка с 24 ч до 72 ч, благодаря чему возрастает производительность труда в электролизных цехах.

На Челябинском цинковом заводе процесс электролиза происходит следующим образом.

Очищенный цинковый раствор  смешивается с отработанным электролитом для повышения содержания цинка  до 50-55 г/л и подаётся в электролизные ванны. Осаждение металлического цинка ведётся при постоянном токе 350-450 А/м². В качестве катода используется алюминиевый лист общей площадью 3,6 м². В одной ванне установлено 80 катодов. Всего в цехе установлено 204 ванны, которые разделены на 2 серии. Анод изготовлен из свинца, легированного серебром (0,7%). Время наращивания цинка – 48 часов. Вес катода с цинком – около 160 кг. Катодный цинк сдирается на 3-х автоматических сдирочных комплексах и направляется на переплавку. Раствор после электролиза с содержанием цинка около 45 г/л и серной кислоты около 150 г/л частично обогащается очищенным цинковым раствором и возвращается на электролиз цинка, а частично направляется на выщелачивание цинкового огарка и вельц-окиси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 Электролиз  является завершающей стадией  гидрометаллургического процесса  производства цинка. Целью электролиза  является получение катодного  цинка из раствора. Показатели  электролиза зависят от качества  выполнения предыдущих операций. Очищенный нейтральный раствор сульфата цинка с содержанием цинка 100-150 г/л непрерывно подается в электролизные ванны. Аноды ванны выполнены из свинца, катоды - из алюминия. В ходе электролиза раствор обедняется цинком и обогащается серной кислотой. Отработанный электролит поступает на выщелачивание.

Полученные  при электролизе листы катодного  цинка отвечают требованиям по химическому  составу всех потребителей.

Получающийся при электролизе  катодный цинк по своему составу мало отличается от готовой продукции  завода – чушкового цинка. На процессе электролиза резко сказывается качество проведения всех предшествующих операций переработки концентрата: обжига, выщелачивания и очистки.

Давая оценку проделанной работе можно сказать что в целом намеченные задачи выполнены, как итог – была достигнута цель поставленная мною в данной работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Лоскутов Ф.М., Цейдлер А.А.   Расчёты по металлургии тяжёлых цветных металлов. - М.: Металлургиздат, 1963. - 591 с.
2. Гудима Н.В., Шейн Я.П.   Краткий справочник по металлургии цветных металлов. -  М.: «Металлургия», 1975. – 541 с.
3. Карлов В.И. Электролиз цинка. Технологический расчёт. – Владикавказ, СКГТУ, 2001. 91 с.
4. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. - М.: «Металлургия», 1969. – 488 с.