Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора

Положение цинка в таблице электрохимических потенциалов металлических элементов указывает, что он способен защитить железо, сталь и медные сплавы от коррозии.

Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора

Содержание

 

Введение

1 Общие сведения

.1 Физические свойства

.2 Химические свойства

1.3 Применение цинка

Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов

Способы переработки цинкового концентрата

3.1 Обжиг цинковых концентратов перед выщелачиванием

3.2 Выщелачивание обожженного концентрата

.3 Очистка раствора сульфата цинка от примесей

Электроосаждение цинка

.1 Теоретические положения

.2 Основные показатели процесса электролиза

.3 Конструкция ванн и электродов

.4 Циркуляция и охлаждение электролита

.5 Обслуживание процесса электролиза

.6 Интенсификация процесса электролиза

Практическая часть

Список использованных источников

Введение

 

Переработка цинковых руд началась в глубокой древности при выплавки латуни (сплав цинка с медью). Еще в V в. до н. э. в Индии окисленную руду переплавляли в небольших горнах с углем и медью. Позднее латунь начали выплавлять в Китае и других странах Востока.

До середины XVII в. Цинк в Европе не производили, хотя еще в конце XIII в. Марко Поло описал, как получают цинк в Персии. Крупнейшие ученые XVI в. Парацельс и Агрикола в своих трудах уделяли место выплавке цинка. Однако заводское получение цинка организовать не удалось.

Цинк пытались получить точно так же, как и другие металлы: обжигали руду, превращая соединения цинка в оксид, и восстанавливали его углем, предполагая выплавить металл. Цинк при этом восстанавливался до металлического, но не выплавлялся, так как при температуре процесса он весь испарялся и, окисляясь в газовой фазе печи кислородом воздуха, снова превращался в оксид цинка. Наладить производство цинка в странах Европы удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха.

В 1743 г. в Бристоле (Англия) заработал первый в Европе цинковый завод. На американском континенте первый цинковый завод был построен в 1850 г.

В настоящее время производство цинка по масштабам уступает только производству железа, алюминия и меди

Отечественная цинковая промышленность была создана после Великой Октябрьской социалистической революции. До революции в России работал один цинковый завод в г. Орджоникидзе, который удовлетворял потребности страны в цинке не более чем на 5%. В 1929 г. был построен цинкдистилляционный завод в г. Константинове, в 1931 г. начал работать такой же завод в г. Белово, в 1933 г. пустили первый в стране завод Электроцинк (г. Орджоникидзе), а в 1935 г. Челябинский цинкэлектролитный завод.

Цинковая промышленность России не играет сколько-нибудь важной роли в мире, однако очень важна для отечественной экономики. Добыча цинка в России составляет лишь 1,7% от мировой, а производство рафинированного цинка - 2,7%. Низким остается уровень потребления цинка в стране - около 1 кг/чел., это намного ниже среднемирового.

В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. На долю месторождений Уральского региона (Башкирия, Челябинская и Оренбургская обл.) приходится более 75% объема выпуска российских цинковых концентратов. Обеспеченность разведанными запасами эксплуатируемых месторождений в целом по стране хорошая и составляет 27 лет - на столько времени хватит известных ныне достоверных запасов, чтобы обеспечить нынешний уровень добычи.

Мировые цены на цинк в последние годы стремительно падают: среднегодовая цена 1 т цинка в 2000 г. на бирже равнялась 1128 долл., в 2001 г. - 885, а в 2002 г. - 778 долл. Все это стало следствием избыточного выпуска цинка, особенно в странах Азии, а также отражением того, что в мире имеется множество бездействующих мощностей по выплавке этого металла. При нынешней ситуации на рынке цинка около четверти всех цинковых рудников мира не покрывают свои эксплуатационные расходы. Прибыль некоторые цинковые предприятия получают только в результате извлечения попутно с цинком других металлов, например серебра, индия, кадмия, а также от реализации серной кислоты, получаемой как побочный продукт при выплавке. [1], [3]

1 Общие сведения

 

.1 Физические свойства

 

Металлический цинк обладает характерным голубоватым блеском на свежей поверхности, который он быстро теряет во влажном воздухе. Температура плавления 419,58° С, температура кипения 906,2° С, плотность 7,133 г/см3. При комнатной температуре цинк хрупок, при 100-150° С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и проволоку, а при 200-250° С вновь становится очень хрупким и его можно быть истолочь в порошок.

Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решетке с параметрами а = 2,6594Å, с = 4,9370Å. Атомный радиус 1,37Å; ионный Zn2+ - 0,83Å. Плотность твердого цинка 7,133 г/см3 (20 °С), жидкого 6,66 г/см3 (419,5 °С); tпл 419,5 °С; tкип 906 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 39,7·10-3 (20-250 °С), коэффициент теплопроводности 110,950 вт/(м ·К) 0,265 кал/см·сек·°С (20 °С), удельное электросопротивление 5,9·10-6 ом·см (20 °С), удельная теплоемкость Цинка 25,433 кдж/(кг·К.) [6,07 кал/(г·°С)]. Предел прочности при растяжении 200-250 Мн/м2 (2000-2500 кгс/см2), относительное удлинение 40-50%, твердость по Бринеллю 400-500 Мн/м2(4000-5000 кгс/см2). Цинк диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость -0,175·10-6.

Радиус атома Zn 0,139 нм, радиус иона Zn2+ 0,060 нм (координационное число 4), 0,0740 нм (координационное число 6) и 0,090 нм (координационное число 8). Энергии последовательной ионизации атома соответствуют 9,394, 17,964, 39,7, 61,6 и 86,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,66.[4]

цинк руда концентрат электролиз

1.2 Химические свойства

 

Цинк является довольно активным металлом. Он легко взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и фосфором:

 

Zn + О2 = 2 ZnО (оксид цинка); (1)+ Сl2 = ZnСl2 (хлорид цинка); (2)+ S = ZnS (сульфид цинка); (3)

Zn + 2 Р = Zn3Р2 (фосфид цинка). (4)

 

При нагревании взаимодействует с аммиаком, в результате чего образуется нитрид цинка:

 

Zn + 2 NН3 = Zn2N3 + 3 Н2, (5)

 

а также с водой:

+ Н2О = ZnО + Н2 (6)

 

и сероводородом:

+ Н2S = ZnS + Н2. (7)

 

Образующийся на поверхности цинка сульфид предохраняет его от дальнейшего взаимодействия с сероводородом.

Цинк хорошо растворим в кислотах и щелочах:

+ Н2SO4 = ZnSO4 + Н2; (8)

Zn + 10 НNО3 = 4 Zn(NО3)2 + NН4NО3 + 3 Н2О; (9)+ 2 КОH + 2 Н2О = К2[Zn(ОН)4] + Н2. (10)

В отличие от алюминия цинк растворяется в водном растворе аммиака, так как образует хорошо растворимый аммиакат:

+ 4 NН4ОН = [Zn(NН3)4](ОН)2 + Н2 + 2 Н2О. (11)

 

Цинк вытесняет менее активные металлы из растворов их солей:

 

СuSO4 + Zn = ZnSO4 + Сu; (12)

СdSO4 + Zn = ZnSO4 + Сd. (13) , [4]

 

1.3 Применение цинка

 

Положение цинка в таблице электрохимических потенциалов металлических элементов указывает, что он способен защитить железо, сталь и медные сплавы от коррозии. Это свойство известно как анодная защита, и половина производимого в мире цинка расходуется на покрытие стали. Старейший метод цинкования путем погружения в расплав все еще остается наиболее удобным методом нанесения покрытий на металлические оконные рамы и другие механически обработанные изделия. Следующее по важности применение цинка - латунь и другие литейные сплавы на основе цинка. Такие сплавы имеют хорошую коррозионную стойкость; цинк, расходуемый на их получение, потребляется примерно в том же количестве, что и цинк, идущий на цинкование. Цинковые сплавы прочны, стойки и обладают прочностью на растяжение до 300 МПа. Легкость и точность, с которыми могут формоваться изделия из них методами литья в кокиль, обусловливают их использование в качестве материалов для автомобильных деталей, скобяных изделий, игрушек и другой продукции. Оксид цинка применяется в покрытиях, а цинковая пыль - в антикоррозийных красках. Литопон - продукт соосаждения сульфида цинка и сульфата бария - используется в красках и пластмассах. Цинк с небольшими добавками других металлов применяется как кровельный материал, для изготовления фрикционных накладок барабанных тормозов, сухих гальванических элементов и электрических конденсаторов.

Примерно 50% мирового производства цинка расходуется на покрытие железных изделий с целью защиты их от ржавления.

Более 30% всего производства в мире цинка употребляется на производство сплавов. Различные сорта бронз широко применяют в машиностроении. Сплавы цинка с медью и никелем называют мельхиором и нейзильбером. Благодаря способности давать сплавы с серебром и золотом, цинк используется в металлургии для извлечения благородных металлов.

Цинковая пыль применяется для осаждения золота и серебра из растворов при их получении гидрометаллургическим путем, для очистки растворов от меди и кадмия перед электролизом растворов цинка.

Оксид цинка широко используют при производстве резины и ее обработке. Он улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий. Широко используют чистый цинковый купорос при производстве корда-осных шин.

Соединения цинка, в частности его антимонид, используют в качестве интерметаллических полупроводников в

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>