автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Исследование процесса электролитического получения цинка с целью оптимального управления

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОВРЕМЕННОЕ состоят® ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОЗКСТРАКЦИИ ЦИНКА

I.I. Гидрометаллургический способ получения цинка.

Подготовка растворов к электролизу.

1.2. Влияние примесей на технико-экономические показатели и качество катодного цинка.

1.3. Кинетика процессов электроэкстракции

1.4. Режимные параметры и технико-экономические показатели процесса

1.5. Интенсификация и оптимизация процесса

1.6. Математическое описание и управление

1.7. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА ЦИНКА

2.1. Материальный баланс .■.

2.2. Энергетический баланс электролизера

2.3. Тепловой баланс.

2.4. Расчеты затрат.

2.5. Структура алгоритма расчета процесса

2.6. Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов к алгоритму расчета

2.7. Выводы.

3. ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЕ ФОРМУЛЫ ВЫХОДА ПО ТОКУ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

3.1. Методы составления уравнений

3.2. Вывод и исследование интерполяционных формул выхода по току и удельного расхода электроэнергии.

3.3. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

4.1. Цель и порядок проведения эксперимента

4.2. Проверка влияния промышленного эксперимента на ход технологического процесса

4.3. Статистический анализ и характеристика результатов экспериментальных наблюдений

4.4. Анализ роста массы катодного осадка по отдельным катодам

4.5. Явление обратного растворения катодного осадка.

4.6. Вывод уравнений для расчета технико-экономических показателей. Диаграммы управления.

4.7. Выводы.

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОЛИЗА

5.1. Принцип построения системы управления

5.2. Система контроля роста массы катодного осадка.

5.3. Выводы.

ХХУ1 съезд КПСС поставил перед металлургами страны задачу ускорения темпов производства цветных металлов на основе широкого внедрения достижений науки и техники, совершенствования технологии и модернизации оборудования, повышения производительности труда,улучшения качества продукции и снижения затрат сырья, материалов, топлива и электроэнергии.

Цинк - металл, производство которого определяет технический прогресс во многих отраслях промышленности.

Современное производство относительно чистого электролитного цинка с использованием всех ценных составляющих сырья является сложной многоступенчатой комбинацией пиро- и гидрометаллургических процессов.

Такое производство начинается обжигом сульфидных цинковых концентратов в печах кипящего слоя, выдающих огарок, состоящий из окислов, и газ с 10-12^ сернистого ангидрида,идущий на получение товарной серной кислоты.

Огарок подвергается выщелачиванию разбавленной серной кислотой - отработанным электролитом. Образовавшаяся пульпа проходит ряд последовательных технологических операций растворения, осаждения и очистки растворов от многочисленных примесей для получения очищенного нейтрального электролита, из которого электроэкстракцией выделяется катодный цинк. Обеднённый цинком и обогащённый свободной серной кислотой отработанный электролит возвращается в голову гидрометаллургической схемы процесса.

Электроэкстракция цинка - важнейший узел технологической схемы гидрометаллургического производства цинка, поскольку здесь получается целевой продукт - электролитный цинк и регенерируется серная кислота - основной реагент процесса.

Интенсификация и совершенствование электроэкстракции цинка является одним из важнейших направлений исследовательских работ в металлургии.

В настоящее время основные направления интенсификации электроэкстракции цинка из сульфатных растворов заключаются в совершенствовании существующей технологии и создании новых мощных электролизёров ящичного типа с электродами большой площади, механизации сдирки катодного осадка, разработке систем автоматического контроля и управления, позволяющих вести процесс в условиях, близких к оптимальным.

Решение проблемы создания системы автоматического контроля процесса с целью получения точных значений всех существенных параметров и разработки математического описания для возможной организации автономной системы управления представляет собой задачи предлагаемой работы, выполняемой автором по планам (Ж ВНШШ "Цветметавтоматика" с 1977 года.

Организация автономного управления электроэкстракцией цинка средствами цеха - задача с жёстко ограниченными возможностями. Причина этого состоит в тесных прямой и обратной связях с предшествующим ему процессом выщелачивания. Цех электролиза получает нейтральный электролит строго определённого состава по содержанию цинка и примесям в объёме,определяющем производительность цеха по катодному цинку, и возвращает отработанный электролит на выщелачивание огарка с содержанием свободной серной кислоты эквивалентной массе цинка, выделившегося на катоде.

Важнейшим технико-экономическим показателем электроэкстракции цинка является удельный расход электроэнергии постоянного тока - W3ji » кВт ч/т:

Uc-3 » ю~ь в Цс-юБ п Wa* - \jt\Q-r\b>3 -?2и 1,210-Пв.?2й где Ц» - напряжение на серии электролизёров, В;

2 - токовая нагрузка на серию, А; 1,219- электрохимический эквивалент цинка, г/А-ч; ftgj - количество электролизёров в серии; - выход по току для цинка, % :

2и ~

Р • 10^ 1Л90-Т где р - количество катодного цинка, полученного на данной серии, кг;

X - время электролиза, ч.

При условии выполнения плана по качеству и количеству электролитного цинка величина удельного расхода энергии постоянного тока становится критерием оптимальности процесса.

Величина выхода по току целевого продукта, в нашем случае цинка, является электрохимическим коэффициентом полезного действия постоянного тока конкретного процесса электролиза. Следует подчеркнуть, что для расчёта \л/эли ^необходимо измерение массы полученного цинка.

Причины снижения jP^- побочные реакции у катода,потребляющие ток, как 2НМе - Н2 ,или растворяющие уже осаждённый цинк, как 2и+2Н+-2п " + И2»Эти реакции вызываются, и ускоряются примесями нейтрального, недостаточно полно очищенного раствора. При фиксированном составе этого раствора <?Zn растёт с увеличением катодной плотности тока и уменьшается с ростом температуры и кислотности электролита в ванне.

Из приведенных материалов следует,что улучшение,то есть увеличение ]?2и » "Р11 неизменном напряжении питающего тока, приводит к улучшению, то есть уменыыеню Vn/эл , чему также будет способствовать снижение всех потерь напряжения и утечек тока системы.

Перейдём к оценке возможных вариаций управляющих и режимных факторов процесса для серии ванн: токовой нагрузки на серию, катодной плотности тока, температуры и кислотности электролита в ванне, а также организационных мероприятий,предусматривая неизменность суточной продукции катодного цинка заданной марки.

Токовую нагрузку на серию можно изменять в желаемых пределах, но так, чтобы средний суточный ток оставался неизмен-s ным для сохранения производительности серии по цинку. Катодную плотность тока можно уменьшить только путём снижения силы тока серии, а для увеличения плотности тока - убрать из ванны часть катодов.

Кислотность отработанного электролита можно временно изменять величиной подачи нейтрального электролита и силой тока серии, но так, чтобы был сохранён суточный расход нейтрального электролита и производительность серии по цинку.

Температуру электролита в ванне, охлаждаемой встроенными змеевиками,работающими с предельно большими расходами воды, можно повышать только путём снижения расхода охлаждающей воды. Улучшить охлаждение возможно применением питания ванн смесью нейтрального и отработанного электролитов, а лучше всего организацией централизованного охлаждения любого вида. Однако, последнее требует дополнительной аппаратуры, то есть выходит за пределы существующих в настоящее время возможностей.

К мероприятиям организационного порядка следует отнести: применение реагентов - вспенивателей и коллоидных добавок, двухступенчатую электроэкстракцию,а также изменение длительности наращивания катодного цинка.

Обилие публикаций по всем вопросам теории и практики электроэкстракции цинка, зачастую противоречивых, побуждает использовать в основном обобщающие работы до 1975 года и все оригинальные работы за ближайшие годы. Наибольшее внимание должно быть уделено экспериментальным работам, устанавливающим количественные связи между параметрами процесса электроэкстракции.

Для автоматического контроля процесса электроэкстракции должны использоваться: существующая контрольно-измерительная аппаратура и экспрессные методы определений вещественного состава растворов. Подлежит разработке и использованию система контроля веса катодного цинка в процессе электроэкстракции через короткие промежутки времени или непрерывно. Это даст возможность рассчитывать величины выхода по току цинка и удельного расхода энергии постоянного тока через короткие промежутки времени по ходу процесса электроэкстракции.

Отсюда следует,что оператор цеха,имея описанную систему контроля электроэкстракции цинка,будет знать величину критерия оптимальности процесса за каждый истекший промежуток времени наращивания катодного цинка.

Необходимую для разработки систем автоматического управления процессом электроэкстракции цинка математическую модель наметили составить по данным различного происхождения.

Это систематизированные материалы прежних экспериментальных исследований промышленного электролиза; расчётные данные материального, теплового и энергетического балансов действующего промышленного электролизёра; данные собственных экспериментов в цехе электролиза завода "Электроцинк", с использованием устройств взвешивания катодов.

Заводские эксперименты намечалось ставить по рекомендациям методов планирования экстремальных экспериментов и применить при их обработке методы математической статистики и вычислительную технику (Ж ВНИКИ "Цветметавтоматика".

Эксперименты с периодическим взвешиванием катодов начали ставить в 1979 году и завершили с использованием оригинального устройства для непрерывного взвешивания всех катодов одной ванны в 1981 году.

В опытах со взвешиванием катодов на 18-20-тых часах наращивания катодного цинка наблюдали /при некоторых сочетаниях параметров процесса/ вспышки сильнейшей коррозии катодного цинка, с растворением 10% и более осаждённого металла. Возникает новая задача: уточнить условия появления таких нарушений и разработать меры предотвращения вспышек коррозии, Решения всех поставленных задач приведены в тексте предлагаемой работы. При оценке полноты представленных решений, особенно в части экспериментального обоснования утверждений автора теоретического плана, следует учитывать, что автор, как сотрудник СКШ ВНИКИ "Цветметавтоматика", решал все вопросы попутно с выполнением служебных заданий на заводе "Электроцинк" по плану не целиком совпадающему с планом предлагаемой работы.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОЭКСТРАКЦЙИ ДИНКА

I.I. Гидрометаллургический способ получения цинка.

Подготовка растворов к электролизу

Цинк - металл, производство которого определяет технический прогресс во многих отраслях промышленности.Поэтому за последние годы наблюдается значительный рост производства цинка. Так,за период I960 - 1972 годов мощности цинковых заводов в капиталистических и развивающихся странах возросли на 56$, а выпуск цинка увеличился на 71% /I/. При этом доля электролитного цинка выросла за тот же период с 46,7 до 58^. С учётом цинка, получаемого в Советском Союзе и социалистических странах, где преобладает электролитный способ,эта доля будет значительно вше.

Ведущими странами - производителями цинка являются Япония, США, Канада, Бельгия, ФРГ, Австралия. Наибольший рост производства цинка наблюдался в Японии /с 676 до 850 тыс.т в год/, несколько меньше в ФРГ /с 301 до 400 тыс.т/ и Канаде /с 418 до 533 тыс. т/ /2/.

В настоящее время в капиталистических и развивающихся странах работают около 75 цинковых заводов.Их суммарная мощность составляет около 5,5 млн.т цинка в год и по применяемым способам производства распределяется следующим образом, в %: гидрометаллургия - 65, шахтная плавка - 12, электротермия - 9, дистилляция-14 /в том числе в вертикальных ретортах - 8 и в горизонтальных - 6/.

Пирометаллургический способ оказался менее рентабельным ввиду необходимости дополнительного рафинирования цинка и огромных затрат на очистку выбросов до принятых санитарных норм. Это объясняет то, что все цинковые заводы, введённые в строй после 1972 года работают или запроектированы по гидрометаллургическому способу. Этот способ имеет следующие преимущества по сравнению со всеми другими способами /3,4,5,6/ :

- непосредственное получение цинка высокой чистоты /примеси менее 50 г/т % ;

- высокое прямое извлечение цинка из концентрата /до 92% I ;

- умеренные эксплуатационные расходы и возможности автоматизации, что особенно важно при возрастающем дефиците рабочей силы;

- возможность избежать вредного влияния на окружающую среду отходящих газов и сточных вод.

Сущность гидрометаллургического метода получения цинка заключается в обработке обожжённого цинкового концентрата раствором серной кислоты с переводом сернокислого цинка в раствор с последующим электролитическим выделением из него металла /7/. В качестве растворителя при выщелачивании обожжённого цинкового концентрата используют отработанный электролит и кислые оборотные растворы. Однако, вместе с цинком в раствор из концентрата частично переходят железо, медь, кадмий, мышьяк, сурьма, кремнезём и другие примеси. Поэтому такие цинковые сульфатные растворы предварительно очищают от примесей и только тогда направляют в процесс осаждения на алюминиевых катодах в присутствии нерастворимых свинцовых анодов. Электроэкстракция цинка из раствора является завершающей стадией гидрометаллургического цикла. Регенерируемая в процессе кислота в виде отработанного электролита возвращается на выщелачивание обожжённого концентрата.

Наряду с большими достоинствами электролитического способа получения металла ему присущи и существенные недостатки:

- относительно невысокая интенсивность процесса;

- большая чувствительность к присутствующим в растворе примесям;

- большие трудности на пути комплексной механизации и автоматизации.

Однако, при всех недостатках можно видеть дальнейшую перспективу для совершенствования этого способа' получения цинка /8/.

Ещё в недалёком прошлом качество нейтрального раствора определялось контролем небольшого числа примесей: меди, кадмия, кобальта, железа, мышьяка, сурьмы - допустимые пределы концентрации которых были сравнительно высокими /I, 9/.

В настоящее время число анализируемых примесей возросло и одновременно значительно снизился верхний предел допустимых концентраций. Опыт работы отечественных и зарубежных заводов позволяет принять оптимальное содержание примесей в нейтральном растворе /мг/дм3/: 0,3 Cd ; 0,01 Jig ; 0,01 Sb ; 0,25 Со ; 0,1 Си ; 10 ?е ; до 4 г/,щЛМи . В этой связи на цинкэлектролитных заводах уделяется большое внимание усовершенствованию технологии очистки растворов за счёт внедрения новых методов и технологических схем очистки, а также улучшения их аппаратурного оформления. Составы нейтральных растворов для каждого завода специфичны, что можно представить табл. I.I /9, 28/.

На отчественных заводах применяют непрерывные двухста-дийные схемы очистки верхнего слива нейтральных сгустителей цинковой пылью с активирующими добавками. Присутствие значительного количества меди и твёрдых частиц в исходном нейтральном растворе снижает эффективность процесса очистки,особенно от таких трудноудаляемых примесей как кобальт и никель, а также ухудшает процессы отстаивания и фильтрации пульп.

Таблица I.I

Состав нейтрального раствора для отечественных и зарубежных заводов

Состав нейтрального раствора Содержание, г/дм3

Цинк 120 - 180

Марганец 2-10

Медь ■ 0,05 - 0,1 -ПГ3

Кобальт 0,2 - 4,0 -I0"3

Никель 0,01 - 0,5 -Ю'3

Сурьма 0,01 - 0,15 -КГ3

Железо 0,2 - 50 -Ю"3

Кадмий 0,2 - 2,0 -Ю"3

Хлор 20,0 - 300 «Ю~3 тор 20,0 - 50 -Ю-3

Исследования ВНИИЦветмэта /10, II/ показали, что существенное повышение степени чистоты цинковых растворов достигается при предварительном селективном осаждении из верхнего слива нейтральных сгустителей части меди и отделении цементного осадка меди от раствора с помощью фильтрации. Такая технология трёхстадийной очистки цинковых растворов позволила достигнуть высокой чистоты раствора и значительно улучшить технико-экономические показатели гидрометаллургического процесса в целом.

Технология выщелачивания огарков на зарубежных цинкэлек-тролитных заводах очень разнообразна. Процесс проводится как непрерывно, так и периодически в одну или несколько стадий /5, 12/. В настоящее время в связи с разработкой ярозит-про-цесса считается, что оптимальная схема выщелачивания включает непрерывное нейтральное выщелачивание,высокотемпературное нейтральное выщелачивание нейтрального кека и осаждение яро-зита с подачей отфильтрованного раствора на нейтральное выщелачивание огарка /13/.

Среди технологических схем очистки цинковых растворов наибольший интерес представляет обратная сурьмянистая очистка, разработанная сравнительно недавно франко-бельгийской фирмой "Вьей-Монтань". Однако,единой схемы очистки растворов от примесей пока ещё не существует.

5.3. Выводы

Математическое описание определило принцип построения системы управления процессом, целенаправленность при использовании минимального числа контролируемых параметров, позволяющих определять необходимые технико-экономические показатели.

Созданные системы позволяют осуществлять контроль и управление потоками растворов, кислотностью, температурой, токовой нагрузкой применительно к предложенной математической модели процесса.

Специально разработана система контроля роста массы катодного осадка на контрольной промышленной электролизной ванне, которая представляет возможность предсказывать поведение процесса с предварением во времени, равным разности времени от начала цикла осаждения металла в контрольной ванне и этим же временем для всех остальных ванн, участвующих в процессе.

Информация о росте массы катодного осадка с данными о токовой нагрузке и напряжении позволяет иметь постоянное представление о технико-экономических показателях процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обзор литературы о современном состоянии технологии и управления процессами гидрометаллургии цинка указывает на существенный прогресс в практике отечественных и зарубежных предприятий в преодолении трудностей, связанных с прогрессирующим снижением качества цинковых концентратов, увеличением потребления цинка промышленностью и возрастающим дефицитом электроэнергии. В связи с этим на металлургических предприя тиях свинцово-цинковой подотрасли МЦМ СССР проводится большая работа по совершенствованию производства цинка гидрометаллургическим способом.

Основным направлением интенсификации процесса электроэкстракции цинка, как завершающей стадии этого способа является совершенствование существующей технологии и создание мощных электролизеров ящичного типа с большими поверхностями осаждения металла,оборудованных механизированной сдиркой катодного осадка, оснащенных системами автоматического контроля и управления, позволяющих вести процесс в условиях,близких к оптимальным, и обеспечить улучшение не только технико-экономических показателей, но и качества катодного цинка.

Из вышеизложенного следует, что в настоящее время к качеству управления процессом электроэкстракции цинка предъявляются повышенные требования. Реализация такого управления на заданном уровне становится возможной только при условии использования математических методов и вычислительной техники. Поэтому поиск технологических решений интенсификации и оптимизации электроэкстракции цинка на базе свернутой в математические модели информации привлекает всё больше внимание исследователей и производственников.

Однако, анализ большого количества математических моделей данного процесса, представленных в технической литературе, показывает, что в большинстве случаев они основываются на теоретических разработках, текущей отчетности и лабораторных исследованиях. Отсутствие надежных датчиков, дающих необходимую и достоверную информацию о течении процесса в промышленных условиях и его технико-экономических показателях, сдерживает реализацию многих предлагаемых математических моделей. В связи с этим было выбрано направление работы по созданию математического описания процесса, проведению исследований в промышленных условиях и разработке систем управления и контроля /раздел первый/.

Математическому описанию предшествовал тщательный анализ физико-химической и технологической сущности процесса электроэкстракции цинка и результатов экспериментальных исследований.

В общем виде математическое описание представляет собой систему блоков, которая включает*в себя блоки расчётов материальных потоков растворов, теплового баланса, стоимостных и энергетических затрат. Каждый из представленных блоков состоит из системы уравнений, отражающих в максимально возможной степени технически и организационно обоснованные условия и показатели процесса.

Полученная модель математического описания процесса адекватна реальному процессу. Это подтверждается высокой достоверностью математического выражения зависимостей,связывающих технические параметры и технико-экономические показатели друг с другом.

Модель позволяет выявить течение процесса в нормальных и критических условиях, а также дать оценку его экономической эффективности в этих условиях. Наконец, полученная модель служит основой для разработки системы контроля и алгоритма управления с целью оптимизации процесса /второй раздел/.

Обращение к экспериментальным материалам, которые были получены ранее исследователями, послужило существенным вкладом в подготовку промышленного эксперимента.Так были использованы практические данные работ В.Г. Агеенкова и И.А. Каковского. Эти данные,из всех известных,наиболее полно отражают в широком диапазоне изменение выхода по току и удельного расхода электроэнергии и более других подходят для математической обработки.

Полученные интерполяционные формулы в виде уравнений регрессий выхода по току и удельного расхода электроэнергии подтверждают все закономерности, присущие изменениям плотности тока и концентрации кислоты в ванне.Их аналитические выражения представляют возможность использовать эти уравнения в предварительных технологических расчётах для решения задач по представленной математической модели.

Графические изображения уравнений регрессий дают наглядное представление о характере поверхностей функций выхода по току и удельного расхода электроэнергии в координатах управляемых параметров плотности тока и кислотности. Такая графическая форма технико-экономических показателей может быть использована в качестве номограмм для предварительного их определения в процессе управления.

Использование математического метода Бокса-Хантера позволило без предварительных исследований определить для промышленного эксперимента интервалы варьирования токовой нагрузки и кислотности, чтобы при их изменении приращения "функции отклика" превышали ошибку воспроизводимости. Кроме того, почти стационарные области и VY^ обладают существенной нелинейностью, так что становятся значимыми эффекты взаимодействия факторов и их квадратичные значения /третий раздел/.

В четвертом разделе, описаны эксперименты в промышленных условиях и их результаты.

Статистическая обработка данных промышленного эксперимента и их анализ позволяют сделать следующие выводы:

- предложенная методика проведения эксперимента по изучению роста массы катодного осадка отдельных контролируемых катодов путем их периодического взвешивания не нарушает хода технологического процесса и не отражается на его показателях;

- метод дисперсионного анализа позволил подтвердить неслучайность явления неодинакового роста массы катодного осадка и возможность воспроизводимости результатов эксперимента при одинаковых технологических условиях.

Неодинаковый рост массы катодного осадка находит своё объяснение в том, что на первых катодах со стороны подачи нейтрального раствора происходит более интенсивный разряд катионов примесей. Это условие способствует усилению электрохимической коррозии на этих катодах, что существенно сказывается на росте массы их катодного осадка.

Установленное кратковременное обратное растворение катодного осадка в конце цикла электроэкстракции цинка /на 18-20-тых часах с начала цикла осаждения металла/ объясняется электрохимической коррозией основного металла в присутствии кобальта, если его содержание в нейтральном растворе

3 з превышает величину 2-10 г/дм . С подобным явлением ранее сталкивались некоторые исследователи лишь в лабораторных условиях. Статистический анализ такого внезапного растворения позволил определить технологические условия,которые наиболее существенно влияют на скорость и глубину этого процесса.

Новые методы математической теории эксперимента при статистической обработке экспериментальных данных позволили получить нелинейные уравнения регрессий роста массы катодного осадка и напряжения электролизной ванны в зависимости от технологических условий /токовой нагрузки,температуры, кислотности и времени/, а также обеспечили адекватность уравнений экспериментальным данным при надежности 9Ъ%.

Уравнение роста массы катодного осадка было использовано для построения поверхности выхода по току в координатах, характеризующих изменение технологических параметров и времени. Построение такой поверхности послужило основанием для создания диаграммы управления процессом в течение всего цикла электроэкстракции цинка при наилучших значениях показателя выхода по току.

Статистическая обработка результатов экспериментов позволила количественно оценить роль факторов,влияющих на электроэкстракцию цинка, указать порядок их значимости: токовая нагрузка, температура, кислотность электролита в ванне и признать их управляющими факторами процесса электроэкстракции.

Математическое описание процесса выявило возможность построения системы управления, состоящую в определении основных технологических параметров и технико-экономических показателей /раздел пятый/.

Созданные и внедрённые системы представляют возможность осуществлять контроль и управление потоками растворов, кислотностью, температурой и токовой нагрузкой в соответствии с предложенной математической моделью процесса.

Специально разработанная система контроля роста массы катодного осадка на контрольной промышленной электролизной ванне позволяет предсказывать течение процесса с предварением во времени, равным разности времени от начала цикла осаждения металла в контрольной ванне и этим же временем для всех остальных ванн, участвующих в процессе.

Непрерывная информация о росте массы катодного осадка, токовой нагрузке и напряжении позволяют рассчитывать в любой момент времени или непрерывно /специальный компьютер/ величины основных показателей процесса: выхода по току и удельного расхода энергии постоянного тока, а наличие ванны с предварением позволит своевременно вносить коррективы в управление процессом.

Предлагаемые результаты работы по исследованию и оптимизации процесса электролитического получения цинка в течение ряда лет проводились на заводе "Электроцинк" по тематике СКЗ> ВНИКИ Цветметавтоматика. Общий экономический эффект от внедренных работ составил около 200 тыс. рублей,который учтен в себестоимости продукции завода.

1. Никифоров А.Ф. Современное состояние электролиза цинка. Цветные металлы, IS75, Р 4, с. 30-34.

2. Теслицкая М.В., Гудима Н.В. Современное состояние технологии производства цинка за рубежом. Цветные металлы,1976, № 3, с. 27-31.

3. Производство свинца и цинка в капиталистических иразвивающихся странах. М., Цветметинформация, 1974, ч.1 и IУ, 84 с.

4. Мщт, (къТмтА --Cfanu р. -164,

5. Енчев И., Харизанов К. Състояние и перспективи за развитие на електроэкстракцията на цинк. Металлургия, 1976, т. 31, № 10, с. 21-23.

6. Левин А.И. Пути совершенствования и интенсификации электроосаждения цветных металлов. Цветные металлы, 1979, № II, с. 22-25.

7. Основы металлургии. Под ред. Н.С. Грейвера. М., Ме-таллургиздат, 1962, т. 2, 792 с.

8. Ротинян А.Л., Хейфец В.Л. Современное состояние и перспективы развития электролиза водных растворов в металлургии. Цветные металлы, 1975, ДО II, с. 9-II.

9. Хан О.А., Пульман Н.И. Новое в электроосаждении цинка. М., Металлургия, 1979, 80 с.

10. Хан О.А., Пиков Н.Х. О повышении чистоты цинкового электролита. Цветные металлы, 1979, № 5, с. 13-22.

11. Пиков Н.Х., Хан О.А., Гутерман 10.П., Бобков Г.Е.,

12. Беньян В.Е. Внедрение трехстадийной схемы очистки цинковых растворов на Алмалыкском цинковом заводе. Цветные металлы,1976, № 3, с. 17-19.

13. Теслицкая М.В., Константинова Т.Б. Новое в переработке основных промпродуктов цинкэлектролитного производства за рубежом. М., Цветметинформация, 1974, 92 с.

14. ШЫ.Э. 'ЖолфуС. ^шtifa рост Шл глл^итщ1. U, рСалМ. , МЩ wtbf /ю,р. ЬЧ-ЬЪ.

15. Баймаков Ю.В., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. М., Металлургия, 1977, 336 с.

16. Цейдлер А.А. Новые направления в развитии металлургии цинка и свинца за рубежом. Цветные металлы, 1977, PI, с. 23-27.

17. Влияние некоторых добавляемых в электролит реагентов на электролитическое осаждение цинка. РЖ. Мет., 1975, № I, реф. 1Г302.

18. Хейфец B.JI., Ротинян А.Л. Современный этап развития гидрометаллургии. ЖВХО им. Д.И. Менделеева, 1971, т. ХУ1, № б, с. 705-707.

19. Хан О.А., Сосновский Г.Н. 0 поведении свинцовых анодов и снижении содержания свинца в катодном осадке при электролизе кадмия. Цветные металлы, 1963, № 2, с. 12-15.

20. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. М., Металлургия, 1974, 568 с.20. шедотьев Н.П., Албышев А.й>., Ротинян А.Л. и др. Прикладная электрохимия. Л., Химия, 1967, 639 с.

21. Левин А.И. Теоретические основы электрохимии. М., Металлургия, 1972, 536 с.

22. Сучков А.Б. Проблемы интенсификации электролиза вметаллургии. М., Металлургия, 1976, 334 с.§ ^Ъоиш Л. В. OwGnUootd fai

23. Ш 4 ЗАмЖ ^гикЛли^ ам'АЙослta^u Шр ^ SQC. {jMfadke**^ awL

24. ЬМлЩ* vol, т, tfo. 9, ИАов НЙЧ.

25. Гаев А.И., Есин О.А. Электролиз цинка. М., ОНТИ, 1937, 190 с.

26. Печерская А.Г., Стендер В.В. Потенциалы выделения водорода в кислых растворах.-ШХ, 1950, т. 24, с. 856-860.

27. ЬЫа/УМом, ilcrwrtL, МфЛ. ШыftMjfthdb №4, wfocЙт^ЛШ

28. Стендер В.В.,.Туромшина У.3>. Электролиз кислых растворов сернокислого цинка. ЖЕХ, вып. 10, 1954, т. 27,с. I082-1084.

29. Справочник по электрохимии. Под ред. A.M. Сухотина. Л., Химия, 1981, 488 с.

30. Салин А.А., Волкова B.C., Токаев Ю.Н. и др. Электроосаждение цинка при повышенных температурах электролита.- Цветные металлы, 1962, W 12, с. 13-18.

31. Пульман Н.И., Хан О.А. 0 роли температуры электролита в процессе электроосаждения цинка. Цветные металлы, 1977, № I, с. 20-21.

32. Бахвалов Г.Г. Новая технология электроосаждения металлов. М., Металлургия, 1966, 151 с.

33. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М., Химия, 1975, 576 с.

34. Агеенков В.Г., Каковский И.А. Электрометаллургия водных растворов. М., Металлургиздат, 1947, 148 с.

35. Сергеев П.В. Зависимость выхода по току от катодной плотности тока. Цветные металлы, 1959, № 9, с. 35.

36. Сергеев П.В. К вопросу о возможности теоретического определения выхода цинка по току электролизеров цинка. Металлургическая и химическая промышленность Казахстана. Научно-технический сборник 1!°- 4, Алма-Ата, ЦИНТИ, I960, с.60-64.

37. Пономарев В.Д. Две точки зрения на катодный процесс при электролитическом получении цинка. Металлургическая и химическая промышленность Казахстана. Научно-технический сборник № 4, Алма-Ата, ЦИНТИ, I960, с. 65.

38. Гецкин JI.C., Фульман Н.И. 0 возможности определения оптимальной плотности тока при электролизе цинка расчетным путем. Металлургическая и химическая промышленность Казахстана. Научно-технический сборник \l°- I /5/, Алма-Ата, ЦИНТИ, I960, с. 57-59.

39. Я '^А^ЧШлШх) tytoM-fy., ШММи. fyjut

40. Mb й^.МооШо сШ, ромш&Ьи, сСь<р>юoU шад, Ма 'тШхллЛ -Met.ЖоЛ. 80, с А, нг>8. 5 '

41. Бенуни А.Х., Гурфель Б.Л., Досик И.М. Экономико-математическое моделирование процесса электролиза цинка.- Цветные металлы, 1972, № 6, с. 9-13.

42. Буровой И.А., Петрова Л.Ю., Пресс Ю.С. Об автоматическом регулировании кислотности и температуры при электролизе цинка. Цветные металлы, 1954, №4, с. 20.

43. Пёсахов И.Л., Денисов В.Ф. Регулирование подачи ней- /, трального электролита в электролизные ванны цинкового производства. Цветные металлы, 1956, № 6, с. 35.

44. Буровой И.А., Петрова JI.I0. Измерение расхода цинковых электролитов. Цветные металлы, 1956, № 3, с. 33.

45. Шишман М.А., Клименко В.Л., Неведров К.Я. Автоматический контроль качества* цинкового электролита. Цветныеметаллы, 1963, № 2, с. 31.

46. Создание системы автоматической стабилизации электролиза цинка на Алмалыкском цинковом заводе. Отчет/ СРЕДАЗ-НЖ1Р0ЦВЕТМЕТ; руководители работы Г.Г. Ранев, А.П. Ким, Н.й. Пен; тема 14-71-082; инв. № Б'378044. Алмалык, 1974, 180с.

47. Разработка оптимальных условий ведения процесса электролиза на ЛЦЗ. Отчет/ ВНИИцветмет;руководитель теш Н.И.Шу-льман; тема 6-69-139; инв. II- 70025691. Усть-Каменогорск, 1971, 91 с.

48. Туболкин А.Ф., Тумаркина Е.С., Румянцева Е.С. и др. Расчеты химико-технологических процессов. JI., Химия, 1967, 304 с.

49. Флеров В.Н. Сборник задач по прикладной электрохимии. М., Высшая школа, 1976.

50. Батунер JI.M., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. Л., Химия, 1971, 304 с.

51. Карапетянц М.Х. Химическая термодинамика. М.,Химия, 1975, 584 с.

52. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М., Издательство стандартов, 1972, 331 с.

53. Теплотехнический справочник. Под общ. ред. Юрене-ва В.Н. и Лебедева П.Д. В 2-х т. Т. 2, изд. 2-е, М., Энергия, 1976, 896 с.

54. Кануков Э.Х., Куликов С.С. О контроле процесса электролиза. -Цветные металлы, 1974, Р 6, с. 26-27.

55. Батлер Дж. Н. Ионные равновесия. Л., Химия, 1973, 448 с.

56. Салин А.А., Сыроешкин М.Е. Электролиз сернокислогоцинка. М., Металлургиздат, 1959, 184 с.

57. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973, 752 с.

58. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., Химия, 1970, 624 с.

59. Алкацев М.М., Михин Я.Я. Математическая модель тройной диаграммы плавкости ЗёО -&\Oz-@aQ в области металлургических шлаков. Изв. вузов. Цветная металлургия, 1977, № 3, с. 135-136. ,

60. Никифоров А.Ш., Натарова Е.Л. Формула для расчета удельной электропроводности цинкового электролита. Цветные металлы, 1971, № 5, с. 28.

61. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М., Наука, 1965, 340 с.

62. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М., Высшая школа,1978, 319 с.

63. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1970, 720 с.

64. Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. М., Химия, 1972, 200 с.

65. Дудников Е.Г., Балакирев B.C., Кривсунов В.Н., Цир-лин A.M. Построение математических моделей химико-технологических объектов. Л., Химия, 1970, 312 с.

66. ЯрославцевА.С., Пульман Н.И., Девчич И.И. и др. Производство цинка повышенной чистоты в промышленных условиях. Цветные металлы, 1975, № 8, -с. 17-19.

67. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. Л., Химия, 1981, 424 с.

68. Подготовка растворов, связанных с пылевым циклом, к электроосаждению. Отчет/ СКГМЙ; научный руководитель темы А.Д. Погорелый; тема 20613Г. Дзауджикау, 1950.

69. Никифоров А.Ф., Стендер В.В. О причинах дырочной коррозии цинковых осадков в присутствии примеси кобальта. Изв. вузов. Химия и химическая технология, I960, т. Ш, № I, с. 162Л65.

70. Вознесенский В.А., Ковальчук А.95. Принятие решений по статистическим моделям. М., Статистика, 1978, 192 с.

71. Вознесенский В.А. Стетистические методы планирования эксперимента в технике-экономических исследованиях. М., Статистика, 1974, 192 с.

72. Гусельников Г.М., Иванов Э.А. Устройство для непрерывного взвешивания металла в процессе электроосаждения. -Кибернетика и автоматика, вып. 3, Каз. ППИ, Алма-Ата, 1974, с. 69-72.

73. ДАННЫЕ ПЕРВОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА1. Табл. П. I1. Первый этап. 9 ванна

74. Время, Вес катода (кг) и падение напряжения с соседними анодами (В). Кислотность,температура,ч. В катода токовая нагрузка в ванне 2 8 15 22 29 г/дм3 °С кА0 10,0 3,07 9,6 2,95 10,2 2,95 10,4 3,00 10,0 2,95 115 48 21,328

75. Время, Вес катода (кг) и падение напряжения с соседними анодами (В. Кислотность,температура,ч. J5 катода токовая нагрузка в ванне 2 8 15 22 29 г/дм3 °С кА0 10,8 здз 10,8 3,05 11,2 3,18 11,2 3,10 8,8 3,20 107 47 21,328

76. Время, Вес катода (кг) и падеше напряжения с соседними анодами (В). Кислотность,температура,ч. J5 катода токовая нагрузка в ванне 2 8 15 22 29 г/дм3 °С кА0 10,3 3,07 10,6 3,10 10,7 3,12 10,6 3,15 10,4 3,17 101 48 21,328

77. Время, Вес катода (кг) и падение напряжения с соседними анодами (В) Кислотность,температура,ч. ч J3 катода ч токовая нагрузка в ванне 2 8 15 22 29 г/дм3 °С кА0 10,6 2,93 10,5 3,07 10,7 3,07 10,0 ЗДЗ 10,4 3,17 126 36 ' 14,484

78. Автоматический контроль кислотности раствора* поступаю-/щегоУв электролитные ванны в дшшзоне 10*80 г/л серной кислоз

79. Автоматический контроль кислотности отработанного эдекз лига в диапазоне 80*150г/л серной кислоты*- г

80. Скстема стабилизации заданного входного кислотного режим)

81. Л* Система стабилизации подачи реагентов (мыльного корня И ШЩЯ). :

82. С 15 по 28 сентября 1973 г. в соответствии с согласованной с заводом "Электродинк" программе.были проведены примышленные испытания вышеперечисленных систем.

83. Результаты испытаний показали, что технические и эксплуатационные характеристики внедренных систем полностью соответствуют требованиям технического задания на данную работу.

84. Системы стабилизации имеют возможность перевода на резин дистанционного управления со щита управления установленного в по-метении хим«лаборатории электролитного цеха.

85. Экономическая эффективность от внедрения систем стабшшзащи входных параметров процесса электролиза составляет 39,600 руб.

86. С 28 сентября 1973 г. вышеперечисленные системы СЙФ БНЙКИ ЦМА,переданы, а представителями завода "Электроцинк0 приняты в промышленную эксплуатацию*

87. Персонал предприятия ознакомлен с наладкой* эксплуатацией и правилами техники безопасности при работе с системами.

88. От завода "Злектроцинк' Зам.нач.НТО поАСЛТ1я/1 •/ А.СААШЩ рш^тного цехаш.шгов1. Зам.нач.цШа Ш и А1. В.ГОЩШШ1. От СКФ ВНИКИ Щк1. Зав. отделом1. ЗЛ'йР-ОГАЙЕСС1. Гл.конструктор лаб.й 51. Э.КАНУКОВ1. Вед.конетрзктор лаб. щ 31. КУЛИКОВ

89. Утверядо • • • ' Утворадю; .^-VT:' - .//e<'<5' N ' ' -Ъак^цкшс?■; ■ j- !>"' //оч; . i . О J ■■ -Г •• • у Ч

90. Улучшить .точность дозкрозки реагентов; * Л-:':

91. Снизить''количество."затрачи5аеыо;Гэлекгррзкергии.на тон-Л ку осаждаемого цинка; ' .•

92. N 4. Облегчить управление процессом электролиза в предопреде- ; ленин наилучших условий ведения процесса при ишщихся ограничениях с технологической стороны. : -• .: ■

93. Работа выполнена в полном соответствии с техническим задан.

94. Экономически! эффект от внедрения данной систем составляет, / 94,59.т.руб., который учтен в себестоимости по годам:1978 г. 32,0 тыс .руб. ' ; /-1979 г.' 62,59 тыс .руб. .от да' BI2GCI Ж в.отделом JL\2I Щр^уЛЛ^Уь^ vw Вишняков ийв. лабораторией •I