锌电解槽计算解析.docx
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锌电解槽计算解析
3.1概述
工业上从硫酸锌水溶液中电解沉积锌有三种工艺：
即低酸低电流密度法（标准
法）；中酸中电流密度法（中间法）和高酸高电流密度法。
目前我国多采用中酸中电流密度法的下限，低酸低电流密度法上限的电解法。
表3-1为三种方法的比较。
表3-1锌电积三种工艺的比较
工艺方法
电解液含
H2SQ（克/升）
电流密度
（安/米2）
优缺点
酸低电流密度法（标准法）
110--130
300--500
耗电少，生产能力小，
基建投资大
中酸中电流密度法（中
间法）
130--160
500--300
生产操作比前者简单，生产能力比前者大但比后者小基建投资小
高酸高电流密度法
220--300
800〜1000甚至大于
1000
生产能力大；耗电多；电解槽结构复杂。
3.2设计任务
设计生产能力为7万吨锌锭的电解设备
3.3原始资料
3.3.1设进入电解槽的电解液成份如表3-2所示:
表3-2进入电解槽的电解液成份（克/升）
组成
Zn
Fe
Cd
Cu
CO
Mn
（克/升）
120
0.045
0.005
0.0004
0.005
4.720
3.3.2电解后电解废液成份如表3-3所示
表3-3电解废液成份（克/刑
组成
Zn
Fe
Cd
Cu
CO
Mn
（克/升）
46
0.028
0.003
0.0002
0.005
3.217
3.3.3一些技术条件及技术经济指标
用于制造锌粉之锌锭占年产锌锭量的百分比,
B=0.028;年工作日为330日
阴极电流密度
D阴=520安培
槽电压V
槽=
3.20伏
电流效率
ni=
98%
阴极规格
长x宽x厚=1000x666X4（毫米）
3.4工艺过程及设备计算
3.4.1物料平衡及电解槽计算
阴极锌成份的计算
在电积过程中，一
部分铜、铁、
镉与锌一齐在阴极上沉积，一升电解液得到
的阴极锌含金属量如表
3-4所示。
表3-4一
升电解液沉积的金属量（克）
组成
Zn
Fe
Cd
Cu
共计
（克）
64.00
0.005
0.002
0.0002
64.0072
铅-银阳极在电解过程中被腐蚀，使一部分铅进入到阴极锌中。
设阴极锌含铅0.006%则进入到阴极锌中铅的量为：
64.°°72°.°°60.0038克
100
那么阴极锌的成份如表3-5所示。
表3-5阴极锌成份
组成
Zn
Pb
Fe
Cd
Cu
共计
重量（克）
64.00
0.0038
0.0050
0.0020
0.00020
64.0110
%
99.983
0.006
0.0078
0.003
0.0003
100
3.4.2所需电解槽数量的计算
（1）每日应产出的阴极锌量的计算。
Q1=Q^」吨
m
式中：
Qi----每日应产出阴极锌的数量，吨;
Q----设计生产能力，吨锌锭/年；
B---
m----
用于制造锌粉之锌锭占年产锌锭量的百分比，%
年工作日，日；
n—
阴极锌熔铸直收率，%
Q
1=70000（10.028）225吨/日
3300.97
（2）阴极有效总面积及片数的计算
阴极有效总面积的计算。
Q
D1.219524
x106米2
式中：
F-----阴极有效总面积，米
Q——每日产出的阴极锌量，吨；
2
D——阴极电流密度，安培/米;
n-----电流效率，%
1.2195----锌的电化当量，克/安培；
24-----电解析出时间，小时。
F=225X106=15086米2
5201.2195240.98
阴极边上装有塑料绝缘条，没边各占区阴极板宽7毫米，阴极浸没于电解液的深度为0.87米，则每片阴极的有效面积（按两面计）为：
f阴=0.87X（0.666-0.007X2）x2=1.13米2
故共需阴极片数n=F=1508613350片
f1.13
设一个电解槽装阴极片32块，则共需电解槽数为：
13350417个
32
每个电解槽的阴极总面积为：
1.13X32=36.16米2
取备用电解槽24个,则一共有电解槽560个。
这就可把电解槽分为两个系列。
每个系列有280个电解槽，在每个系列中可按35个电解槽组成一组，共八组为一系列。
3.4.3电解槽内部尺寸大小的计算
电解槽内部宽度的计算。
设阴极边缘到槽壁距离为95毫米，则电解槽内宽为:
B=666+2X95=856"860毫米
电解槽内部长度计算。
设每片阴极厚度为5毫米，每片阳极厚度为10毫米，阴阳极间距离为34毫米，电极到两端壁距离为125毫米，每个电解槽有阴极片32片，阳极片33片。
则电解槽内部长度为：
L=32X5+33X10+32X2X34+125X2=2916毫米
电解槽内部高度的计算。
设槽内液面至槽面的距离为100毫米；槽内阴极浸入电解液的深度为880毫米；阴极下部端缘距槽低500毫米。
则电解槽的内高位：
H=100+880+500=1480毫米
故电解槽的内部尺寸为：
长X宽X高=2916X860X1480（毫米）
电解槽容积（不设槽内冷却器）为：
V槽=LXBXH=2.916X0.86X1.48=3.711米2
电解槽体的材料有木质及钢筋混凝土两种。
目前多采用钢筋混凝土电解槽电解槽内衬耐腐蚀的材料有：
铅皮、聚氯乙烯、环氧玻璃钢、辉绿岩等。
3.4.4通过电解槽电流强度的计算
一个电解槽的阴极总面积为36.16米2故电流强度1=36.16X520=18803安培
设富余5.4%贝UI=18808X1.054=19818.362安培
3.4.5整流设备选择
整流设备总功率按下式计算。
WQE1000240.981.2195
式中：
W-----整流设备总功率，千瓦；
Q——每天应产出的阴极锌总量，吨；
E-----槽电压，伏，取E=3.25伏
则W2253.2100025102千瓦
240.981.2195
系列中的电压降为总电压降的1-2.5%，取1.5%，则总电压降为：
280X3.20X（1+0.015）=909.44伏
选用GHS-10000/0-800硅整流器。
单台功率8000千瓦。
故需整流器台数为:
25匹3.14台
8000
每系列由2台硅整流器供电，总电流为：
10000X2=20000安培。
整流器
设备功率与电解槽数量要求相适应
346进入电解槽电解液数量的计算
供给一个电解槽的电解液数量可按如下计算
式中：
Q-----进入一个电解槽的中性电解液数量，升/小时;I-----通过电解槽的电流强度，克/安培；
q-----锌的电化当量，1.2195，克/安培
n----电流效率，%
N-----电解槽数目，个
P----中性电解液含锌量，克/升;
p——废电解液含锌量，克/升
故Q188031.21950.981303.7升/小时
12046
一个电解槽每天需中性电解液数量为：
303.7X24=7289升/天
全部电解槽每天共需中性电解液数量为：
7289X417=3040米3
3.4.7废电解液数量的计算
一小时供中性电解液303.7升,含锌120克/升，此时电解液比重为1.258因此中性电解液重量为：
303.76419.437公斤
1000
在阳极上析出氧量为：
19.43716
4.804公斤
65.4
电极反应为：
ZnSO4+H2O—Zn+H2SO4+1/202（直流电）
析出的锰的量为:
303.7「50.456公斤
1000
故共析出：
19.437+4.804+0.456=24.697公斤
剩余：
382.05-24.697=357.35公斤。
电解时有一部分电解液被蒸发而损失。
设每平方米电解液表面每小时蒸发损失一公斤电解液。
电解液表面积为：
S槽—S极=2.508—0.328=2.18米2
则蒸发损失为：
2.18X仁2.18公斤
由于电解液飞溅液要损失一部分电解液，设为0.3%，则飞溅损失为:
303.7X0.003=0.911公斤
损失电解液量一共为：
2.18+0.911=3.09公斤
故从一个电解槽每小时流出的废电解液量为：
357.35—3.07=354.28公斤/小时
设此时电解液的比重为1.18，则废电解液的体积为：
35428
35428300.24升/小时
1.18
3.4.8进入阳极泥中各成分的计算
设阳极消耗的铅量诶：
每吨阴极锌为1.5公斤。
则析出20.173公斤锌,
消耗铅量为：
20.1731.5
1000
0.0303公斤
进入阴极锌中的铅量为:
20.1730.0060.00012公斤
1000
进入阳极泥中的铅量为:
0.0303
—0.00012=0.03018公斤
0.03018239换算成PbO2=0.0348公斤
207
（其中Pb=0.03018公斤，02=0.0462公斤）
一个电解槽沉淀的锰量为0.456公斤
换算成
MnO
0.45687
2=
55
0.721公斤
（其中Mn=0.456公斤，Q=0.265公斤）
故进入阳极泥的总量为:
0.03487+0.721=0.7558
公斤
（其中。
2=0.2998公斤）
3.4.9进入大气中的氧量
4.804
—0.00465—0.265=4.5344公斤
3.4.10编制一个电解槽的物料平衡
根据以上计算结果，编制一个电解槽的物料平衡，如表3-6所示
加入
产出
序号
项目
公斤
%
序号
项目
公斤
%
1
中性液
382.05
99.99
1
阴极锌
19.437
5.09
2
从阳极进入的铅
0.03018
0.01
2
阳极泥
0.7558
0.198
3
废电解液
354.28
92.72
4
进入大气中
的氧
4.5344
1.19
5
损失
3.07
0.8
6
误差
-0.00292
共计
382.08018
共计
382.08012
100
3.5电解槽热平衡计算
通常以单个电解槽为基础进行计算，然后计算出全车间或一个系列电解槽在电解过程中总的剩余热量。
电解槽热平衡按下面式子计算。
Q电流+Q新=Q废+Q蒸+Q溅+Q辐+传+Q余
式中：
Q电流电流通过产生的热量，千卡/小时；
Q新新液带入热量，千卡/小时；
Q废电解废液带走的热量，千卡/小时；
Q蒸电解液表面蒸发损失的热量，千卡/小时；
Q溅电解液喷溅损失的热量，千卡/小时；
Q辐+传——辐射、对流和传导损失的热量，千卡/小时;Q余
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