Обслуживание процесса электролиза цинка
|
Питание ванн раствором имеет важное значение для правильного ведения электролиза. Расход нейтрального раствора на ванну колеблется от 1,5 до 4,0 л/мин в зависимости от величины силы тока на ванну, содержания цинка в нейтральном и отработанном электролите. Содержание кислоты определяется из соотношения молекулярных масс цинка и серной кислоты: k = 1,5(Цн - Цо) г/л где k — содержание кислоты в отработанном электролите; Цн — содержание цинка в нейтральном электролите, г/л; Цо — содержание цинка в отработанном электролите, г/л. Плотность нейтрального раствора зависит главным образом от содержания в нем цинка. Если пренебречь небольшими погрешностями вследствие изменения содержания марганца и других примесей, то можно принять, что плотность раствора является функцией содержания в нем цинка. При замене цинка в растворе серной кислотой плотность раствора будет уменьшаться. Изменение плотности раствора в зависимости от содержания в нем цинка и серной кислоты легло в основу регулирования поступления раствора в ванну ареометром. С помощью ареометра, отрегулированного на заданную кислотность отработанного электролита, дежурный по электролизу устанавливает скорость подачи раствора в каждую ванну. Для контроля за содержанием кислоты из ванн отбирают пробы раствора и определяют в них кислотность титрованием содой. Ведутся исследования по созданию более точных методов контроля процесса электролиза. Разработаны портативные приборы для измерения концентрации серной кислоты в ваннах, действие которых основано на измерении электропроводности. Для автоматического контроля качества нейтрального цинкового раствора, поступающего в электролитные ванны, предложены и созданы различные непрерывно действующие приборы-автоматы. Они фиксируют ухудшение качества электролита, обусловленное содержанием в нем вредных для электроосаждения примесей. Сдирку катодного цинка на всех без исключения заводах проводят вручную. Это — наиболее тяжелая операция, требующая большой затраты высококвалифицированного труда. Обычно период наращивания цинка составляет 24 ч. На заводах, работающих по методу Тейнтона, период осаждения сокращен до 8—12 ч, что объясняется применением высокой плотности тока. На заводе в Рисдоне наращивание цинка длится от 48 до 72 ч, на заводе в Брокен-Хилл 48 ч. Увеличить продолжительность наращивания цинка могут заводы, работающие с электролитом, хорошо очищенным от примесей, и применяющие низкую плотность тока (Рисдон 290 Брокен-Хилл 320 а/м2). Катоды вынимают из ванн вручную или с помощью подъемников — пневматических или механических. Одновременно вынимают 5—10 катодов и после ручного съема с них катодного осадка и зачистки контактов их ставят обратно в ванны. Снятый с катодов цинк автопогрузчиками отвозят в плавильное отделение. На некоторых заводах после выемки катодов на их место немедленно ставят другие и только после этого партию поднятых катодов отправляют на сдирку. Такой способ организации сдирки более совершенен, так как при этом ванна работает с повышенной плотностью тока всего лишь в течение 1—2 мин. Применение его возможно только при сдирке катодно осажденного цинка на центральной площадке. Сдирка цинка непосредственно у ванн на столах или на площадках, передвигающихся на монорельсах над ваннами, по сравнению со сдиркой на центральной площадке проводится в худших санитарных условиях; рабочий, проводящий сдирку, в течение всего рабочего дня находится над электролитными ваннами, из которых выделяется сернокислотный туман. Особенно тяжелые условия труда по съему цинка бывают при «трудной сдирке». Явление трудной сдирки катодного цинка с алюминиевых матриц известно давно. Наступает оно обычно неожиданно и выражается в таком сильном сцеплении катодного осадка с матрицей, что снятие катодного цинка становится трудным, а порой невозможным. Большинство исследователей, изучавших явление «трудной сдирки», считает, что причиной его возникновения является нарушение пленки окиси алюминия на поверхности матрицы. Это нарушение может быть вызвано либо присутствием в электролите повышенного содержания фтора, либо вследствие применения мягкого (отожженного) алюминия, либо, наконец, механическим повреждением поверхности матрицы. На силу сцепления цинка с матрицей сильно влияет также структура самого катодного металла. Известно, что на заводе в Трейл «трудная сдирка» цинка наблюдалась при поступлении в цех электролиза раствора из цеха выщелачивания окислов, содержащего мг/л фтора. Для предупреждения трудной сдирки алюминиевые матрицы перед установкой в ванны выдерживали несколько минут в отработанном электролите для образования на поверхности пленки окиси. Считается, что затруднения со сдиркой начинаются при содержании фтора Б электролите свыше 30 мг/л. Низкое содержание в электролите примесей, вызывающих коррозию алюминия (хлор, фтор), а также примесей, делающих катодный цинк хрупким (клей и другие органические примеси), в соединении с регулярной очисткой поверхности матриц гарантирует, по-видимому, от возникновения этого явления. На отечественных заводах хорошо зарекомендовал себя прием введения в электролитную ванну перед сдиркой растворимой соли сурьмы. Сурьму вводят из такого расчета, чтобы концентрация ее в электролите в первый момент осаждения цинка на алюминиевые матрицы была 0,2—0,3 мг/л. Это обеспечивает получение прилегающего к матрице слоя катодного цинка Co структурой кристаллов, не образующих плотного сцепления с матрицей. Попытки механизировать операцию сдирки катодно осажденного цинка пока не нашли промышленного осуществления. Разработано и испытано несколько конструкций сдирочных машин, в которых отрыв листа цинка от алюминиевой матрицы осуществляется пневматически, ударным воздействием или изгибающим усилием, с помощью струи воды, ножей или нагрева матрицы с осажденным на ней цинком. Ho все машины оказались сложными, неустойчивыми в работе и быстро изнашивающими матрицы. Расчеты показывают, что создание механизмов для одиночной сдирки катодов невыгодно, так как время, необходимое на подъем каждого катода, его транспортировку и установку в ванну, будет составлять 85—95% от всего цикла сдирки одного катода. Поэтому усилия конструкторов направлены на изыскание возможности групповой обработки матриц. При современной конструкции цинк-электролитных ванн групповая выемка катодов затруднена, а групповая постановка вообще невозможна без участия рабочего вследствие очень малых межэлектродных расстояний и необходимости очень точной постановки катодного контакта на штангу анода. Принятая на новых заводах России система ошиновки ванн, с выносом контактов на шины, проходящие вдоль бортов каждой ванны, создает лучшие условия для механизации процесса сдирки. Так, на Лениногорском цинковом заводе 10—11 катодов ставят в ванну одновременно с помощью электролита и группового зажима на крюке тали. Работы по механизации процесса сдирки проводятся в исследовательских и проектных институтах и на заводах. Очистка ванн и анодов — трудоемкая маломеханизированная операция. Период работы ванны между двумя очистками зависит в основном от содержания марганца в электролите, плотности тока и состояния поверхности анодов. Чем выше содержание марганца в электролите и плотность тока, тем чаще приходится очищать аноды и ванны от шлама. На новых анодах шлама образуется больше. На большинстве заводов счистку анодов и ванн от шлама проводят вручную через каждые 20—30 дней. На некоторых зарубежных заводах период между чистками достигает 5 мес. На отечественных заводах внедрен механизированный метод очистки ванн от шлама. Для откачки шлама вынимают катоды и отключают ванну. После этого при непрерывном перемешивании электролита сжатым воздухом начинают откачивать пульпу с помощью винипластового храпка и кислотостойкого насоса. Процесс откачки пульпы электролита со шламом занимает 4—8 мин. Хорошо зарекомендовал себя выпуск шлама из ванн через донный штуцер. Шлам, выпускаемый через донный штуцер, отводят по желобам, проложенным под ваннами, в сборный зумпф и далее перекачивают насосом в цех выщелачивания для использования его с целью окисления железа. Первые несколько дней после очистки анодов свинец более интенсивно переходит в раствор, вследствие чего содержание свинца в катодном цинке возрастает до 0,01—0,012%, в последующие дни оно снижается. Аноды, пришедшие в негодность, поступают на переплавку. Срок службы свинцово-серебряных анодов 2—3 года. |
