有色冶金课程工艺设计

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1、第一部分湿法炼锌工艺流程一、概述湿法炼锌是用硫酸将锌焙砂中的锌浸出，同时完成除铁的任务。浸出液经过净化除去杂质，此步需净化除去铜、镉、钴及氟氯。然后电解析出锌，将电锌铸锭即的湿法炼锌的产品。二、湿法炼锌流程图图1-1湿法炼锌流程图第二部分锌电解沉积基本理论一、概述锌的电解沉积是湿法炼锌的最后一个工序，是用电解的方法从硫酸锌水溶液中提取纯金属锌的过程。锌的电解沉积是将净化后的硫酸锌溶液（新液）与一定比列的电解废液混合，连续不断地从电解槽的进液端流入电解槽内，用含银0.5%～1%的铅-银合金板作阳极，以压延铝板作阴极，当电解槽通过直流电时，在阴极铝板上析出金属锌，阳极上放

2、出氧气，溶液中硫酸再生。电积时总的电化学反应为：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+1/2O2↑随着电解过程的不断进行，溶液的含锌量不断降低，而硫酸含量逐渐增加，当溶液中含锌达到45～60g/l、硫酸135～170g/l时，则作为废电解液从电解槽中抽出，一部分作为溶剂返回浸出，一部分经冷却后与新液按一定比列混合后返回电解槽循环使用。电解24～48h后将阴极锌剥下，经熔铸后得到产品锌锭。二、基本原理为便于分析问题，先不考虑电积液中的杂质，假定电积液中仅含有硫酸锌、硫酸和水。当通入直流电时，带正电荷的Zn2+接受两个电子在阴极上放电变成元素锌，并在阴极上以结晶状态析出。

3、阴极反应：Zn2++2e-=Zn同时阴离子移向阳极，带负电荷的OH-失去两个电子在阳极放电，并析出氧气。阳极反应：4OH--2e-=2H2O+O2↑由于实际过程硫酸锌溶液中含有微量的杂质，如CuSO4、PbSO4等。他们在电解过程中呈现离子状态，并在适当条件下参与反应。硫酸锌水溶液电解时，在阳极上主要有两个类型的反应，第一个是析出氧，第二个是铅阳极溶解。另外也不断有少量Mn2+的氧化等杂质离子的反应。如不考虑阴极上杂质，则通电时仅可能会有如下两个反应发生，第一个是锌离子放电，在阴极上析出金属锌，第二个是氢离子放电，在阴极上析出氢气。从各种金属的电位来看，氢具有比锌更大

4、的正电性，但是在实际生产中氢有比锌更大的超电位，则锌会优先于氢析出。这是新电解沉积得以成功的理论依据。当然也有微量的Cu、Ni、Co、Fe、Cd也会在阴极上析出。第三部分锌电积工艺过程及设备计算一、设计任务设计年产量为9.2万吨锌锭的电解设备二、原始数据1.进入电解槽的电解液成分,见表3-1表3-1新电解液成分组成ZnFeCdCuCoNiMng/l1250.0320.0040.00030.0030.00053.812.电解后进入电解液成分,见表3-2表3-2废电解液成分组成ZnFeCdCuCoNiH2SO4Mng/l480.0300.0020.00010.0010.0

5、0021303.083.技术操作条件及技术经济指标,见表3-3表3-3技术操作条件及技术经济指标项目参数用于制造锌粉之锌锭占总产量百分数,β0.025%年工作日335d阴极锌熔铸直收率,η196.8%阴极电流密度，Di520A/m2槽电压V槽3.3V电流效率ηi90%阴极规格，长×宽×高，mm1190×800×6(参考西北冶)阴极锌平均含铅，%0.005%电解析出时间，h24电解液温度，℃新液35,废液40电解液比重kg/L新液1.33,废液1.25三、工艺过程及设备计算1.物料平衡及电解槽尺寸计算（1）阴极锌成分的计算在电极过程中，一部分铜、铁、隔与锌一起在阴极上沉

6、积，则一升电解液得到的阴极锌含金属量如表3-4表3-4一升电解液得到的阴极锌含金属量组成ZnFeCdCuCoNi共计g/l770.0020.0020.00020.0020.000377.0065铅银阳极在电解过程中不断被腐蚀,使一部分铅进入到阴极锌中,进入阴极锌中之铅量77.0065×0.005%=0.0039g则阴极锌的成分如表3-5表3-5阴极锌的成分组成ZnPbFeCdCuCoNi共计重量,g770.00390.0020.0020.00020.0020.000377.0104%99.9860.0050.0030.0030.00030.0030.0004100（2

7、）所需电解槽数量的计算1）每日应产出的阴极锌量Q1—每日应产出的阴极锌量,tQ—设计生产能力t/年β—用于生产锌粉之锌锭占年生产锌锭量的百分比,%η1—阴极锌熔铸直收率,%㎝m—年工作日则Q12)阴极有效面积及片数的计算m2F—阴极有效总面积，m2Q1—每日应产出的阴极锌量，tDi—阴极电流密度，A/m2ηi—电流效率，%1.2195—锌的电化当量g/A·h24—电解析出时间,h阴极边上装有塑料绝缘条，每边各占去阴极板宽7mm，阴极板浸没于电解液的深度为1.02m，则每片阴极的有效面积按两面计为：f阴=1.02×（0.800-0.007×2）×2=1