«Kazzinc» АҚ Өскемен МК базасында «Special high grade» маркалы катодтық мырыш өндіру цехын жобалау

Жоғары  маркалы мырыштағы қоспалар көлемін мыс, кадмий, темір және күшаләдан терей тазарту арқылы төмендетуге болады.

Жоғары  тазалықтағы мырышты алудағы  тағы 2 ережесіне тоқтап кету керек. Темірдің балқыған мырышта жеңіл  еритіні белгілі. Сондықтан катодтық мырышта темір аз болса, онда құймалы мырышта оның көбірек болуы мүмкін. Бұл катодтық мырышты балқытқанда темір құрал-саймандар, қалақ, күрек, рулон қолданылуымен түсіндіріледі. Балқыту бөлімінде мұқият жұмыс істеу арқылы темірмен қомысша ластануды болдырмауы мүмкін.

Басқа бір текті ережелерді катодтық мырыш  сапасы бірлік ерітінді көлемінен көбірек  мырыш алып отырса жоғары болады. Өңделген электролитте мырыш көлемін азайтпау керек, сондықтан бейтарап ерітіндіде мырыш концентрациясын көтеру керек.

Жоғарыда  көрсетілгендерді жинақтай келе қышқылды сульфаттық ерітінді электролизінде жоғары маркалы мырыш алудың негізгі ережелереін атап кетуге болады:

 

• мырыштық ерітінділерді қоспалардан терең тазарту;
• бейтарап ерітіндіде мырыштың жоғары көлемде болуы;
• электролитте марганецтың 3,5-7 г/дм³ шегінде болу;
• жеткілікті қалыңдықтағы илектелген қорғасын-күміс анодтарын қолдану;
• анодта қорғасынның  екі тотықты тығыз қабықшасының түзілуі және анодтарда шламнан тазартқанда олардың сақталуы;
• жеткілікті жоғары ток тығыздығы;
• электролит температурасының төмендігі (30 ⁰С).

Осы ережелерді сақтап отырса, катодтық мырышта  қорғасын көлемі 0,04 %-дан аз, ал қалған қоспалар көлемін ГОСТ бойынша шекке  дейін әкелуге болады. Бұл анықталған ЦВ маркалы және одан да жоғары маркалы  сапалы мырыш шығаруды қамтамассыз етеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕРДІҢ ЕСЕПТЕЛУІ

 

3.1 Өнімділікті есептеу

 

 

«Қазмырыш»  Өскемен МК АҚ мырыш бойынша өндірістік көлемі 16000 т/ж. Бұл өндірістік көлемді  электролиз цехының 4 сериясы қамтамасыз етеді:

1 серия: 29 катоды  бар 250 былау;

2 серия: 29 катоды бар 250 былау;

3 серия: 31 катоды бар 156 былау;

4 серия: 33 катоды  бар 140 былау.

Жалпы төрт серияда:

 

250×29+250×29+156×31+140×33=23956 бірлік

 

23956 бірлік 16000 т/ж  мырышпен қамтамасыз етеді.

Электрлиз технологиялық  үрдісінің есептеулерін 3 серия бойынша жүргіземіз.

3 сериядағы катод саны:

 

156×31=4836 бірлік

 

3 сериядағы 4836 катод мырышпен қамтамасыз етеді:

 

4836×16000/23956=32299,2 т/ж

 

Өндірістік  көлемді 32000 т/ж деп қабылдаймыз.

 

3.2 Былаулардың саны мен өлшемдерін анықтау

 

 

Электрлиз бөлімінің 3 сериясында  мырыш мырыш электролизына  арналған 156 былау тұр. Әр былауда 31 катод және 32 анод орналастырылған.

Катод өлщемдері: 1100×660×4 мм. Катод А5 маркалы аллюминиден  жасалған. Электролитке катод 950 мм түсірілген.

Анод өлшемдері:  1000×620×8 мм. Анод қорытпадан жасалған: Рb – 99,4%, Аg – 0,5%, Са – 0,1%.

Электролиз  былауларының ішкі өлщемдерін анықтаймыз: Ұзындығы L, ені B, тереңдігі Н.

 

L=n_а×l_у.э.+2×l_м.с.                                 (3.1)

 

мұнда n_а – былаудағы анод саны;

l_у.э – бір атаулы электрод орталарының арақашықтығы;

l_м.с – шеткі электродтар мен сыртқы қабырғалар арақашықтығы,     

                  l_м.с=70 мм.

 

L=32×0,056+2×0,07=1,932 м.

 

В= В_к+2×l_б.с.                                    (3.2)

 

мұнда В_к – катод ені, м;

l_б.с – катод шеттері мен қырлы қабырға арақашықтығы, l_б.с=120мм.

 

                              В= 0,66+2×0,12=0,9 м.

 

Н=һ_к+l_д+Δһ         (3.3)

 

мұнда һ_к – электролитке катодтың батырылу тереңдігі, м;

 l_д – төменгі катод шеттері мен былау табаны арақашықтығы, l_д=300мм; Δһ – жоғарғы като щеттері мен былаудың жоғарғы шеттік қырлары арақашықтығы, Δһ=120 мм.

 

H=0,95+0,3+0,12=1,37 м.

 

Былау қабырғаларының қалындығы 100 мм, табаны 130 мм деп қабылдап, былаудың сыртқы өлшемдерін аламыз:

 

L_сырт=1,932+2×0,1=2,132м;

 

В_сырт=0,9+2×0,1=1,1 м;

 

Н_сырт=1,37+0,13=1,5 м.

 

Электролиз  былауларын полимербетон немесе темірбетоннан  қорғасын қамтамасымен жасаймыз.

 

3.3 Ток күшін  анықтау

 

 

Жүйедегі ток  күшін анықтау үшін былаудағы  барлық катодтар бетінің белсенді ауданын  білу керек.

Алюминий катод  жабдығының стандарттық өлшемі 1100×660 мм тең. Катод шеттеріне резеңке  планкалар кигізіледі. Олар дендрит  түзілуін төмендетіп, мырышты шешуді қамтамасыз етеді.

Планкалар ені  бойынша катод белсенді бетін  әр жағынан 8 мм кішірейтеді. Электролитке катодты 950 мм тереңдікке батырады, онда катодтың белсенді беті екі жағынан тең:

 

                                    0,95×0,652×2=1,24 м².

 

Былаудағы катод 31 бірлік. Былаудағы катод белсенді бет тең:

 

                                              1,24×31=38,44 м².

 

Жүйедегі ток  күші:

 

I=F×J_k,                           (3.4)

 

мұнда F – былаудағы белсенді катодтық бет, м²;

 J_k – катодтық то тығыздығы, J_k=580 А/м².

 

                                    I=580×38,44=22295 А.

 

3.4 Электролиз  үрдісінің материалдық балансы

 

3.4.1 Газ көлемін есептеу

 

 

Электролиз  кезінде 1 сағат ішінде бөлінетін  газ мөлшерін есептеу:

 

V_H2=K_H2×I×t×η_H2×K_мв           (3.5)

 

мұнда V_H2 – бөлінетін сутегі көлемі, м³;

 K_H2 – сутегінің электрохимиялық эквиваленті, 0,418 дм³/А×сағ;

 I – жүйедегі ток күші, А;

 t – уақыт, сағ;

 η_H2 – сутегінің ток бойынша шығымы, η_H2=0,07;

 K_мв – машиналық уақыт коэффициенті, K_мв=0,98.

 

V_H2=0,418×10^-3×22295×1×0,07×0,98=0,639 м³      

 

V_O2= K_O2×I×t×η_O2×K_мв           (3.6)

 

 мұнда V_О2 – бөлінген оттегі көлемі, м³;

   K_O2 – оттегінің электрохимиялық эквиваленті, 0,209 дм³/А×сағ;

   η_O2 – оттегінің ток бойынша шығымы, η_О2=0,97;

 

V_H2=0,209×10^-3×22295×1×0,97×0,98=4,429 м³

 

 

3.4.2 Былауға  судың сағаттық шығынын есептеу

 

 

Электролиз  үрдісі кезінде су шығымын құрайды:

 

g_H2O=g₁+g₂,        (3.7)

 

₁ – шашыранды мен булануға кеткен су шығымы, кг;

 g₂ – электролизге қатысты су шығымы, кг.

Шашыранды мен  булануға кеткен су шығымы:

 

g₁=V×S₃,         (3.8)

 

мұнда V – 1м² былау айнасынан шашыранды мен булануға кеткен су    

 көлемі, V=0,88кг/м²×сағ (тәжірибе бойынша);

 S₃ – былау айнасының ауданы, м².

Былау айнасының  ауданын анықтаймыз:

 

S=L×B,               (3.9)

 

мұнда S – былау бетінің ауданы, м2;

L – былау  ұзындығы, м;

 В – былау  ені, м.

 

S=1,932×0,9=1,738 м²

 

Былау бетінің  барлық ауданынан катод алады:

 

S_k=b_k×n_k×h_k,           (3.10)

 

мұнда S_к – катод алып тұратын былау бетінің ауданы, м2;

 b_k – катод ені, м;

n_к – катод саны;

 һ_к – катод қалындығы, м.

 

S_к=0,66×31×0,004=0,0818 м².

Анод алады:

 

S_а=b_а×n_а×h_а,           (3.11)

 

мұнда S_а – анод алып тұратын былау бетінің ауданы, м2;

b_а – анод ені, м;

n_а – анод саны;

 һ_а – анод қалындығы, м.

 

S_а=0,62×32×0,008=0,1587 м².

 

Электродтардың  алатын ауданы:

 

S_э=S_к-S_а,     (3.12)

 

S_э=0,0871+0.1587=0,2458 м².

 

Былаудағы айна ауданы:

 

S₃=S-S_э,     (3.13)

 

S₃=1,738-0,2458-1,4922 м².

 

Онда g₁ тең:

 

g₁=0,88× 1,4922=1,3 кг/сағ.

 

Электролиз  кезінде су жоғалымы:

 

           (3.14)

 

мұнда - судың электрохимиялық эквиваленті, кг/А×сағ;

 

    (3.15)

 

мұнда - судың атомдық салмағы;

  - отттегінің валенттілігі;

 F – Фарадей саны, F =26,8 А×сағ.

 

 

Электролиз  үрдісі кезінде жалпы су шығымы:

 

кг немесе дм³

 

3.4.3 Электролит  циркуляциясының жылдамдығын есептеу

 

 

Былау ішінде, катод  қалпына келуінне байланысты электролиттен  шешілетін мырыш салмағы:

 

   (3.16)

 

мұнда К_Zn-мырыштың электрохимиялық эквивалент, K_Zn=1,2193 г/А×сағ;

 η-ток бойынша шығым, η=0,9 (тәжірибе бойынша).

 

g_Zn=l,2193×10^-3×22295×1×0,9×0,98=23,97 кг.

 

Электрлит көлемінің  өзгеруі тек су жоғалымымен байланысты деп, былаудағы электролит циркуляциясының  жылдамдығын табамыз:

 

                          (3.17)

 

мұнда U_у – былаудағы электролит циркуляциясы, дм³ /сағ;

 C_от – өнделген электролиттегі мырыштың салмақтық 

 концентрациясы,     С_от=50г/дм³;

 C_Н – бейтарап ерітінідідегі мырыштың салмақтық концентрациясы,

 СН=145 г/дм³.

 

 

Электрлит циркуляциясының  жылдамдығын  233 дм /сағ деп аламыз.

Бір былау үшін тәулігіне электролит керек:

 

24×233=5592 дм³/тәу немесе 5,592 м³/тәу.

 

 

Барлық былаулар үшін:

 

156×5,592=872,35 м³/тәу.

 

3.4.4 Өнделген электролиттің қышқылдығын есептеу

 

 

1 сағатта түзілетін  қышқыл салмағы:

 

,  (3.18)

 

мұнда - 1 сағатта түзілетін күкірт қышқылының салмағы, кг;

- күкіртқышқылының электрохимиялық эквиваленті, г/А×сағ.

  (2.15) амалымен есептеледі:

 

 

 

Өнделген электрлиттегі  күкіртқышқылының салмақтық концентрациясы:

 

                            (3.19)

 

 

3.4.5 Ерітінді  құрамын есептеу

 

 

Материалдық балансты 1м³ ерітіндіге есептейміз.

1м3 ерітінді  құрамында:

                                (3.20)

мұнда - 1м³ бейтарап ерітіндідегі ZnSO₄ салмағы , кг;

  - ZnSO₄ молярлы массасы;

 M_Zn - Zn молярлы массасы.

 

 

соның ішіндегі күкірт:

 

         (3.21)

 

мұнда g_s - ZnSO₄-тегі күкірт салмағы, кг;

 M_S –күкірттің молярлы массасы.

 

 

соның ішіндегі сутегі:

 

    (3.22)

мұнда g_o- ZnSO₄-тегі оттегі салмағы, кг;

 M₀ –сутегінің молярлы массасы.

 

 

Бейтарап ерітінді құрамында: Zn-145 г/дм³; Мn-5 г/дм³; Сd-2,5 мг/дм³; Сu-0,25 мг/дм³; Со-2,3 мг/дм³; Ni-0.1 мг/дм³; Fе-40 мг/дм³; As-0.1 мг/дм³; Sb-0.08 мг/дм³; Сl-230 мг/дм³; F-100 мг/дм³.

Дәл сондай есептеумен аламыз: =13,73 кг, соның ішінде g_S =2,91 кг, g_o =5,82 кг; =0,1086 кг, соның ішінде g_s =0,0229 кг, g_o =0,0457 кг.

Тәжірибе нәтижесі бойынша қалған компоненттердің салмағын 12 кг деп алып, ерітіндінің барлық компоненттерінің салмағын табамыз:

 

359,15+13,73+0,1086+12=385 кг.

 

Ерітінді тығыздығы 1,37 г/дм³ немесе 1370 кг/м³ (тәжірибе бойынша), онда ерітіндідегі су:

1370-385=985 кг.

 

Бұл масса құрамындағы  су:

 

    (3.23)

    (3.24)

 

мұнда - судағы сутегі мөлшері, кг;

- ерітіндідегі су мөлшері, кг;