1.5 Электролитическое рафинирование никеля

1.5.1 годовая производительность цеха электролитического рафинирования никеля составляет 110 тыс тонн катодного никеля. Цех оборудован электролизёрами нагрузкой 10 кА. Выход по току для никеля равен 96 %. Машинное время работы ванн 0,93. Напряжение на ванне 2,9 В.

Рассчитать необходимое количество ванн рафинирования в цехи количество последовательных цепей. Принять, что ванны объединяются в серии, каждая из которых содержит последовательно соединённых ванн.

Решение

Суточная производительность цеха составит:

g₂ = = = 301,37 т = 301370 кг

Суточная производительность одной ванны составит:

g₃ = kItB_TK_M = 1,095·10000·24·0,96·0,93 = 234,63·10³ г = 234,б3 кг,

где k = = = 1,095 – электрохимический эквивалент никеля,

г/(А·ч);

М – атомный вес никеля, г;

z – число электронов, принимающих участие в электродном процессе

Ni²⁺ + 2e = Ni.

Число необходимых ванн для обеспечения данной производительности составит:

n₁ = = = 1297,3

Принимаем число ванн, равное 1298.

Число серий, в которые объединены ванны, составит:

n₂ = = = 19,93

Принимаем число серий, равное 20.

Напряжение на одной серии составит:

U₂ = n_2··U₁ = 65·2,9 = 188 B

В одну последовательную цепь входит серий:

n₃ = = = 3,19/

Принимаем число последовательных серий в цепи, равное 3.

Количество параллельных цепей составит:

n₄ = = =6,67

Принимаем 7 параллельных цепей.

1.5.2 Среднее напряжение на ванне рафинирования никеля 2,7 В. Потери напряжения в главном и соединительных шинопроводах составляет 3 % от напряжения на ванне. Выход по току для никеля 96 %.Машинное время работы ванн 0,93.

Рассчитать удельный расход электроэнергии на 1 тонну никеля.

Решение

Удельный расход электрической энергии составит:

W = = = 2,46( Вт·ч)/г = 2460 (кВт·ч)/т,

где U – напряжение на ванне, В;

К_Ш = 1,03 - коэффициент учёта потерей напряжения в главном и соединительных шинопроводах;

К_М = 0,93 – коэффициент машинного времени работы ванн.

1.5.3.3Ванна для рафинирования никеля содержит 31 катод и 32 анода. Анодный скрап составляет 15 %.а шлам 5 % от первоначальной массы анода. Нагрузка на ванну составляет 10 кА. Выход по току для никеля 96 %. Время осаждения катода 4 суток. Масса матричного катодного листа 3,2 кг, масса анода 270 кг.

Рассчитать массу одиночного катода и время работы анода.

Решение

Производительность ванны за 4 суток составит:

g₁ = kItB_T = 1,095·10000·4·24·0,96 = 10,09 ·10⁶ г = 1009 кг

Масса осаждённого катода составит:

g₂ = = = 32,6 кг

Съёмная масса катода составит:

g₃ = g₂ + g₄ = 32,9 + 3,2 = 34,8 кг

Масса никеля, перешедшего в раствор за счёт электрохимического растворения, составит:

g₅ = 32·g₆(1 – 0,15 – 0,05) = 32·270·0,8 = 6912 кг

Длительность работы анода может быть рассчитана по закону Фарадея. Считая, что анодный выход по току равен 100%, рассчитаем время работы анода по уравнению:

g₅ = kItB_T = 6912·10³ г,

откуда получим

t = = = 631,2 час = 26,3 суток.

1.5.4 Ванна рафинирования никеля нагрузкой 9000 А имеет 31 катод и работает при выходе потоку для никеля, равном 95 %.

Рассчитать необходимую скорость циркуляции в катодный ящик, обеспечивающую минимальное содержание никеля в электролите, равную 30 г/л.

Решение

Масса никеля, осаждающая на катодах ванны за 1 час, составит:

g₁ = kItB_T = 1,095·9000·1·0.95 = 9451 г

За это время на одном катоде выделится никеля:

g₂ = = = 305,5 г.

Минимальная скорость циркуляции в катодный ящик составит:

v = = =7,62 л/ч.

1.5.5 На рафинирование никеля поступают аноды, содержащие 90 % Ni, 4 % Cu, 3 % Fe b 1 % Co. Нагрузка на ванну равна 9000А. Суммарный катодный выход по току равен 100 %. Из катодного ящика в анодное пространство поступает католит, содержащий 55 г/л Ni.

Рассчитать состав анолита, выходящего из ванны, если ванна содержит 31 катод, а скорость циркуляции через ванну 300 л/час.

Решение

При анодном растворении никель и примеси будут переходить в раствор ро электрохимическим реакциям:

Ni – 2e = Ni²⁺

Cu -2e = Cu²⁺

Fe -2e = Fe²⁺

Co +-2e = Co²⁺

Электрохимические эквиваленты участников реакции рассчитаем по уравнениям:

k(Ni) = = 1,095 г/(А·ч);

k(Cu) = = 1,185 г/(А·ч);

k(Fe) = = 1,042 г/(А·ч)

k(Co) = = 1,099 г/(А·ч)

Удельный расход электрической энергии на 1г анода составит:

=

0894 г/(А·ч).

где w_i – массовая доля i-го компонента.

Выход по току для каждого компонента составит:

B_i = .

Подставив численные значения величин, получим:

B_T(Ni) = = 0,9194

B_T(Cu) = = 0,038

B_T(Fe) = = 0,028

B_T(Co) = = 0,01

За один час растворения анода в раствор перейдёт

g(Ni) = 1,095·9000·1·0,9194 = 8971 ;

g(Cu) = 1,185·9000·1·0,038 = 413,8 ;

g(Fe) = 1,042·9000·1·0,028 = 262,6г;

g(Со) = 1,099·9000·1·0,01 = 98,9 г.

Тогда выходящий из ванны электролит будет содержать

С(Ni) = 55 + = 87,2 г/л;

С(Со) = = 1,38 г/л;

С(Fe) = 0,88 г/л;

С(Со) = = 0,33 г/л.