Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
| 1 = i. (6.14)
Напряжение между анодом и катодом в одной ванне практически равно напряжению на ванне, т. е. еэ=ев (при равномерном распределении электродов в ванне). Сила тока, приходящаяся на одну пару электродов, равна частному от деления общей силы тока (ванны или серии) на число пар электродов: Iэ=I/n, (6.15) где Iэ - сила тока на аноде или катоде; I - сила тока на серии ванн или па ванне; п - число пар электродов в ванне. Из уравнений (6.14) и (6.15) следует, что напряжение на ванне можно снизить, уменьшая напряжение между электродами, и что силу тока на ванне можно повысить (при той же плотности тока), увеличивая только число пар электродов.плотности тока), увеличивая только число пар электродов. Рис.6.3. Установка электродов в ванне при системе коммуникации тока анод – катод В рядах или блоках ванны соединяют двумя способами. Первый способ заключается в том, что ванны составляют в блоки или ряды, соприкасающиеся между собой продольными стенками. В этом случае ток от преобразовательной подстанции подводят пакетом алюминиевых шин только к торцовым ваннам первого и последнего ряда, затем алюминиевые шины передают ток медным шинам, которые соединены с бортовыми шипами. Далее ток от ванны к ванне передается с помощью межванной ошиновки фасонного сечения (прямоугольного или треугольного), уложенной на длинные борта ванн на специальных подкладках. На межванную ошиновку устанавливают штанги анодов одной ванны и катоды смежной ванны. Головные токоведущие шины рассчитывают на полную амперную нагрузку, приходящуюся на серию. При этом принимают плотность тока для алюминиевых шин 0,8 А/мм2 и для медных 1,6 А/мм2. Ток от ряда к ряду или от блока к блоку передается также пакетами из медных или алюминиевых полос сечением 150х10 мм2, монтируемых на специальных изоляторах. Рис. 6.4 Цех электролиза цинка. Коммутация тока на ваннах по системе анод – катод Для лучшего воздушного охлаждения шин их устанавливают «на ребро» с просветами между плоскостями. Реже междурядную ошиновку изготовляют из сплошных медных полос. Соединение ванн с помощью непосредственных контактов анод - катод (рис. 17) ухудшает распределение тока в ванне, увеличивает потери электроэнергии при выемке катодов, но уменьшает сопротивление ванны за счет сокращения числа переходных контактов. Способ электрического соединения электролизных ванн анод - катод был широко распространен. (рис.6.4) Он требует минимального расхода меди на ошиновку. Вместе с тем с развитием механизации в цехах электролиза выявилось, что подобная система ошиновки затрудняет обслуживание ванн с рабочих площадок цеха и практически исключает возможность механической установки катодов в ванну после сдирки с них цинка. Второй способ ошиновки заключается в следующем. (рис. 6.5) Ванны составляют в ряды, блоки и серии так, чтобы они соприкасались своими торцами. Ряды обычно сдвоенные, между ними прокладывают коммуникации для подачи питающего раствора. По внешним длинным сторонам ванн проходят токоведущие шины, на которые опираются аноды одной ванны и катоды другой ванны. На средней стенке, разделяющей параллельные ряды, укладывают промежуточную прокладку, на которую опираются концы анодных штанг одной ванны и катодов другой соседней ванны. Затраты меди на этот способ ошиновки больше, чем па первый способ. Но он удобен в обслуживании, позволяет применять механическую выемку и установку катодов в ванны и избегать смачивания контактов электролитом при транспортировке катодов вдоль ряда к месту сдирки. При электроосаждении цинка более половины электроэнергии расходуется па анодный процесс. Поэтому от электрохимической стойкости и механической прочности анодов в значительной мере зависят технико-экономические показатели процесса, а также чистота катодного цинка. В соответствии с этим аноды должны удовлетворять следующим основным условиям: а) иметь минимальную растворимость в серной кислоте б) обладать возможно большей электропроводностью; в) быть удобными в эксплуатации. Таким условиям отвечают аноды из свинца. Свинцовые аноды плохо растворяются в серной кислоте при пропускании через них электрического тока, имеют достаточно хорошую электропроводность и просты в изготовлении. Незначительная растворимость свинцового анода объясняется пассивацией его в сернокислом электролите. Пассивация свинца происходит в результате образования на поверхности анода пленки РbО2. Свинцовый анод состоит из трех частей: анодного полотна, представляющего собой свинцовый лист толщиной 8—12 мм, медной освинцованной анодной штанги с примерными размерами 940X40X14 мм и анодного контакта. Анодное полотно (размер его определяется конструкцией ванны) служит для передачи электрического тока через слой электролита на катод. Назначение штанги — поддерживать свинцовое полотно в ванне на весу и служить одновременно проводником электрического тока. Роль анодного контакта сводится к приему тока от ошиновки или непосредственно от катодов соседней ванны. Рис. 6.5. Цех электролиза цинка с боковым тока к ваннам Толщина анода составляла 10-12 мм. Масса такого анода достигала 60-70 кг. Эксплуатация этих анодов выявила их существенные недостатки. Анодное полотно с течением времени заметно растворялось в электролите, загрязняя свинцом катодный цинк. Жесткость его была недостаточной, что приводило к большому числу коротких замыканий, а срок службы не превышал 12 месяцев. Значительная масса анодов затрудняла их обслуживание, а наличие отверстий мешало очистке анодов от шлама. Обнаженная с концов медная штанга служила источником загрязнения катодного цинка медью. С развитием гидрометаллургии цинка состав и конструкция анодов претерпели значительные изменения. Стремясь уменьшить анодное растворение свинцового полотна, металлурги предпринимали многочисленные попытки заменить чистый свинец другими материалами. Были испытаны графит, магнетит, двуокись марганца, а также сплавы свинца с мышьяком, сурьмой, барием, висмутом, кальцием, серебром, таллием, кобальтом и другими металлами. Наилучшим металлом для изготовления анодов оказался сплав свинца с 1% серебра, который получил широкое распространение в мировой практике. В настоящее время все отечественные цинковые заводы оснащены анодами из такого сплава. Изменения произошли и в конструкции анодов. Найдены способы быстрого и надежного освинцования всей поверхности медной штанги. Обнаженной остается только незначительная поверхность анодного контакта. Толщину анода уменьшили с 10-12 до 6-8 мм. Это позволило при той же массе анода увеличить его рабочую поверхность. Хотя и установлено, что толстые аноды служат значительно дольше, чем аноды толщиной 8 мм, и удельный расход серебра на 1 т цинка при этом снижается, увеличение массы анодов в 1,5 раза потребует задалживания в производстве большого количества свинца и серебра. Кроме того, увеличение массы анода сделает труд анодчиков более тяжелым. Поэтому до внедрения полной механизации электролиза цинка толщина анодов 8 мм является оптимальной. 4. Конструкции анодов и катодов Конструкция анода показана на рис. 6. 6. Размеры анодов: высота 1070-1100 мм, ширина 620-650 мм, толщина 6-8 мм. Важное значение для показателей электролиза цинка имеют устройства, называемые анодными изоляторами. Они предназначены для строгой фиксации расстояния между, катодами и анодами и предупреждения коротких замыканий. Изоляторы способствуют равномерному распределению тока между электродами и снижению потерь электроэнергии. Конструкция катодов. Повсеместно на отечественных и зарубежных заводах в качестве катодов используют листы из чистого алюминия толщиной 4-7мм. Наилучшие результаты даст применение листового твердокатаного алюминия марки А5. Так же как и анод, катод состоит из трех основных элементов: листа, штанги и контакта. Катодные штанги изготавливают из алюминиевого проката специального профиля. Чаще применяют Т- образный профиль. Катодный лист приваривают к алюминиевой штанге автогенной сваркой. Контактом катода служит приклепанная, приваренная к штанге или закрепленная на болтах медная вставка. Рис. 6.6 Аноды: а- дырчатый с приливами; б – вафельный с ограничителями из винипласта Конструкция катодов, применяемых на цинковых заводах, показана на рис.6. 7 Для изготовления катодов применяют алюминиевый лист толщиной 4 мм. Размеры катодов: высота 1100-1125 мм, ширина 660-682 мм. Размеры Т-образной штанги; толщина 20 мм, высота 70 мм. Для уменьшения дендритообразования и предупреждения сращивания осадка цинка с обеих сторон листа катоды делают на 20-25 мм шире и длиннее анодов. На края катодов надевают резиновые планки или покрывают кромку особым пластиком. Рис. 6.7 Катоды: а - с зажимным медным контактом; б – с приваренным медным контактом Контрольные вопросы: 1.Для каких в основном технологических переделов применяют электролиз? 2.Какой промышленный ток применяют в процессе электролиза? 3.Какие ванны наиболее практичны для электролиза? 4.Чем отличаются электролиз цинка от меди? 5.Из какого материала изготовлены аноды в электролизе цинка? 6.Из какого материала изготовлены катоды в электролизе цинка? жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|