Файл: Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 195

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Нижний запорный узел колонны имеет конус с распределительной решеткой. В этот узел головной (первой) колонны подается сжатый

воздух, пар и пульпа никелевого

 

 

 

 

 

 

концентрата,

а в верхний

запор­

 

 

 

 

 

 

ный

узел — серная

кислота.

Ки­

 

 

 

 

 

 

слота поступает внутрь трубы из

 

 

 

 

 

 

фторопласта. Труба установлена на

 

 

 

 

 

 

подставках из титана и опирается

 

 

 

 

 

 

на распределительную

титановую

 

 

 

 

 

 

решетку. Эта труба надежно

за­

 

 

 

 

 

 

щищает

стенку

колонны

от кон­

 

 

 

 

 

 

такта с концентрированной кисло­

 

 

 

 

 

 

той.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внутри головной колонны со­

 

 

 

 

 

 

здается

 

активная

реакционная

 

 

 

 

 

 

зона, в

которой

кислота

разбав­

 

 

 

 

 

 

ляется и расходуется на образова­

 

 

 

 

 

 

ние сульфата никеля. В последую­

 

 

 

 

 

 

щих колоннах происходит окисли­

 

 

 

 

 

 

тельное выщелачивание

пульпы в

 

 

 

 

 

 

сернокислой среде. Процесс этот

 

 

 

 

 

 

протекает

интенсивно,

так

как

 

 

 

 

 

 

пульпа

загружается непрерывно,

 

 

 

 

 

 

хорошо

перемешивается

сжатым

 

 

 

 

 

 

воздухом

и

подогревается

до

 

 

 

 

 

 

150°С.

 

 

колонна

соединена

 

 

 

 

 

 

Последняя

 

 

 

 

 

 

с сепаратором, в котором происхо­

 

 

 

 

 

 

дит разделение

пульпы и паро-га­

 

 

 

 

 

 

зовой смеси. Пульпа подается на

 

 

 

 

 

 

охлаждение в трубчатые теплооб­

 

 

 

 

 

 

менники далее и на фильтрование,

 

 

 

 

 

 

паро-воздушная

смесь

поступает

 

 

 

 

 

 

в пачуки.

 

 

установка имеет

 

 

 

 

 

 

Автоклавная

 

 

 

 

 

 

общий полезный объем 3,3 м3,

 

 

 

 

 

 

объемную

производительность

по

 

 

 

 

 

 

пульпе 1,2 м3/ч

при температуре

 

 

 

 

 

 

по

колоннам

145—450° С,

давле­

 

 

 

 

 

 

ниисжатого воздуха 120— 140Н/см2

 

 

 

 

 

 

(12—14 кгс/см2)

и

расходе кисло­

 

 

 

 

 

 

ты 115 кг/ч. Продолжительность

 

 

 

 

 

 

реакции составляет 1 ч, извлече­

 

 

 

 

 

 

ние

никеля 89—92%,

концентра­

Р и с .

2 5 5 .

Г о л о в н а я

к о л о н н а а в т о к л а в а :

ция

никеля в растворе достигает

1

в ы х о д

см е си ; 2

— п о д в о д с е р н о й к и ­

150 г/л.

 

 

 

 

 

 

 

 

с л о т ы ; 3 — в е р х н и й з а п о р н ы й у з е л ; 4

 

 

 

 

 

 

 

 

ф л а н е ц ; 5

— к о р п у с

— т и т а н о в а я

т р у б а ;

Автоклавная установка

разра­

6 — т р у б а из ф то р о п л а с та ; 7 ,9 — в е р х н я я

и

н и ж н я я

р а с п р е д е л и т е л ь н ы е р е ш е т к и ;

ботана

и

создана

на

комбинате

в

п о д с т а в к а т р у б ы ; 10 — к о н у с ;

11

«Североникель».

 

 

 

 

 

н и ж н и й з а п о р н ы й у з е л ; 1 2 — - п о д в о д с ж а ­

 

 

 

 

 

т о г о

в о з д у х а н п а р а ; 13 — п о д в о д п у л ь п ы

477


§ 83. Оборудование для электролиза цинка

Процесс электролиза основан на применении закона Фарадея, согласно которому при прохождении электрического тока через электролит на катоде откладывается количество вещества (извлечен­ ного из электролита), пропорциональное количеству прошедшего через него электричества. Электролиз — завершающий процесс в по­ лучении металлического цинка гидрометаллургическим способом. Заключается он в следующем.

Поступивший из цеха выщелачивания отфильтрованный чистый электролит с содержанием цинка в пределах 100— 120 г/л непре­ рывно подается в аппараты, называемые электролитными ваннами, через которые также непрерывно проходит электрический постоян­ ный ток. В ванне установлены электроды: положительные — ка­ тоды и отрицательные — аноды. При прохождении между электро­ дами тока на катоде осаждается металлический цинк. Отработанный электролит с содержанием 45—55 г/л цинка и 120— 170 г/л серной кислоты сливается с противоположного конца ванны и направляется на дальнейшее использование (на выщелачивание). При прохожде­ нии 1 А-ч на катоде должно выделяться теоретически 1,2193 г цинка. Фактически выделяется меньше, так как часть электричества расхо­ дуется на выделение водорода, и цинк частично химически разъ­ едается серной кислотой. Отношение теоретического расхода элек­ тричества к фактически затраченному на выделение определенного количества металла называют коэффициентом использования тока или выходом цинка по току. Величина его колеблется в пределах 90—92% и зависит от состава и чистоты электролита, времени нара­ щивания осадка на катоде и др.

На разложение сульфата цинка требуется теоретически напря­ жение тока 2,45 В, практически же оно составляет 3,2—3,6 В. Объ­ ясняется это сопротивлением электролита, электродов, контактов и поляризацией электродов. При теоретических величинах напряже­ ния тока 2,45 В и электрохимическом эквиваленте цинка, равном 1,2193 г цинка на 1 А-ч, теоретический раход электроэнергии на получение 1 т катодного цинка составляет 2009 кВт-ч. Фактический расход значительно превышает эту величину, так как часть электро­ энергии затрачивается на преодоление сопротивления ванны и элек­ тродвижущей силы поляризации, и составляет 3000—3500 кВт-ч на 1 т цинка.

Процесс электролиза может нормально протекать при опреде­ ленной плотности тока, т. е. при определенном числе ампер, прихо­ дящихся на единицу рабочей поверхности катода или анода. Для стандартного режима катодная плотность колеблется в пределах 400—500 А-м2, а для интенсивного режима 550—650 А/м2.

Процесс электролиза осуществляется в ваннах ящичного типа. Конструкция железобетонной ванны представлена на рис. 256. Бывают ванны, изготовленные из дерева, железобетона и листовой стали. В последнее время отдают предпочтение железобетонным конструкциям как довольно прочным и жестким, удобным в изго-

478


90 so

t.m

Рис. 256. Ванна для электролиза цинка:

л —

п р о д о л ь н ы й р а з р е з : б

п о п

е р е ч н ы й р

а з р е з : 1 — к а т о д : 2 — а н о д : 3 — в ы в о д э л е к т р о л и т а ; 4—6 — в е р х н я я и н и ж н я я ф у т е р о в к и ;

5

к о р п у с ; 7 — и з о л я т о р ;

8, 9

п р о б к а

и с т а к а н р а з г р у з о ч н о г о о т в е р с т и я ; 10 — ш т а н г а к а т о д а с у ш а м и ; 11 — р е з и н о в а я п о л о с к а ;

12 и з о л и р у ю щ а я п о д к л а д к а ; 13 э л е к т р о ш и н а

товлении и долговечным в эксплуатации. Ванны обычно изготавли­ вают на месте. Внутреннюю поверхность ванн и борта футеруют кислотостойкими материалами: свинцом рольным или винипластом толщиной 3—5 мм. По сравнению со свинцовой винипластовая фу­

теровка исключает возможность замыкания электричества на кор­ пус, имеет меньшую стоимость и уменьшает осаждение шлама на стенках ванны. Вместе с тем она менее долговечна, так как со вре­ менем появляются усталостные трещины вследствие остаточных напряжений; более трудоемка в монтаже и чувствительна к ударам и другим механическим повреждениям. На новых отечественных заводах ванны зафутерованы свинцовым листом. В днище ванны предусмотрено разгрузочное отверстие для выпуска раствора при появлении течи в футеровке.

Размеры ванн составляют: длина 1,5—3,9 м, ширина 0,8— 1,0 м и глубина 1 —1,5 м. Большое расхождение в размерах обусловлено особенностями процесса, мощностью цехов и конструкцией ванн.

В ванне устанавливают параллельно друг другу с расстоянием между одноименными электродами 60—80 мм катоды 1 и аноды 2.

Число анодов в ванне составляет 20—30 в зависимости от размеров ванны и межэлектродного расстояния. Число катодов в ванне всегда на один меньше.

Анод должен иметь возможно меньшую растворимость в серной

кислоте при воздействии электротока, возможно большую электро­ проводность и быть надежным и удобным в эксплуатации, жестким и коррозионностойким. Анод собирают из анодного полотна разме­ рами примерно 660 на 1070 мм и толщиной 6—8 мм, медной освин­ цованной штанги размерами около 940x40x14 мм и анодного кон­ такта.

Анодное полотно отливают с применением специального устрой­ ства из свинцовосеребряного сплава, содержащего 1% серебра. Такие аноды служат до 2 лет. Масса анода находится в пределах 50—70 кг. Для облегчения и улучшения циркуляции электролита поверхность анода делают дырчатой. На наших заводах применяют аноды с вафельной или гладкой поверхностью. Гладкие аноды вы­ полняют из прокатанного свинца, что значительно повышает срок их службы. Полотно соединяют со штангой водородной сваркой. На анодное полотно надевают ограничители из винипласта или поли­ этилена, которые фиксируют положение электродов в ванне, способ­ ствуют повышению циркуляции электролита в прикатодном про­ странстве и снижению коротких замыканий.

Катод состоит из алюминиевого полотна толщиной 4—5 мм,

алюминиевой штанги, приваренной к полотну, и электроконтакта. Длина и ширина катода на 30—40 мм больше длины и ширины анода. Масса его составляет 10—12 кг. На кромки катода надевают рези­ новые полоски, необходимые для облегчения сдирки нарощенного осадка цинка.

Процесс электролиза цинка протекает с большим выделением тепла. Поэтому электролит охлаждают; для этого на концах ванны устанавливают алюминиевые или свинцовые змеевики. Температуру

480


электролита поддерживают в пределах 35—40° С. Свинцовые змее­ вики применяют тогда, когда в электролите содержится хлор, агрес­ сивно действующий на алюминий. На крупных современных заво­ дах электролит охлаждают централизованно в вакуум-испаритель- ных установках.

Постоянный электрический ток поступает к ваннам от кремние­ вых или ртутных выпрямителей. Через ванну проходит ток большой силы (10 000—12 000 А). Так как напряжение тока на ванне соста­ вляет примерно 3,6 В, а выпрямители выдают ток напряжением 500—750 В, ванны объединяют в серии, соединяют последовательно (электроды в ванне соединяют параллельно) с таким расчетом, чтобы общее напряжение ванн соответствовало напряжению выпря­ мителя. Обычно серия состоит из 150—220 ванн.

Ванны устанавливают преимущественно на одном уровне. Это упрощает и облегчает их обслуживание и транспортирование като­ дов. На рис. 257 показана ванна, скомпонованная в сдвоенные ряды — короткими сторонами друг против друга. Токоведущие шины 13 уложены по внешним длинным бортам ванны — одна шина

на две ванны. Материал шин, установленных внутри цеха, — медь (преимущественно) или алюминий. Опыт применения биметалличе­ ских шин (алюминий — медь) не дал положительных результатов.

Производительность электролитной ванны находится в прямой зависимости от плотности тока и активной поверхности катодов, приходящейся на 1 м3 объема ванны. Поэтому на отечественных заводах расстояние между центрами анодов доведено до 58—60 мм вместо, прежнего 80 мм. Несколько увеличены размеры катодов. На наших новых заводах производительность ванны достигает 250 кг цинка в сутки на 1 м3 ванны.

Продолжительность наращивания цинкового осадка на катоды составляет 24 ч. После этого катоды вынимают из ванны электри­ ческими или пневматическими тельферами и перемещают к месту сдирки цинка. Операцию сдирки (отрыва цинкового осадка от алю­ миниевого катода) выполняют вручную специальными ножами. Множество способов механизации (пневматический, электрический, ударный и др.) не нашли пока практического применения. Имеются основания полагать, что в ближайшее время эта проблема будет решена.

В процессе работы полотно катода покрывается пленкой, коро­ бится, края изнашиваются, верхняя часть под штангой утоньшается, а штанга деформируется. Поверхность ванны и анодов покрываются марганцовистым шламом. Поэтому ванну и электроды регулярно сматривают, очищают и ремонтируют. Катоды очищают на специаль­ ных катодоочистительных машинах вращающимися стальными щет­ ками. Аноды очищают вручную. Очистка ванн от шлама механизи­ рована и осуществляется вакуум-насосами. На некоторых заводах имеются централизованные установки, обслуживающие все ванны цеха. Тщательные наблюдения ведутся за состоянием футеровки ванн. При правильной эксплуатации железобетонные ванны могут служить 15 и более лет.

31 А . И . Б а с о в

481