Исследование взаимосвязи параметров процесса электролиза цинка в промышленных условиях Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 681.5.013

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА ЦИНКА В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

А.Л. Рутковский, Е.А. Хадзарагова, Т.А. Юрошева

В настоящей работе приведены результаты исследования в промышленных условиях зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от концентрации цинка в отработанном электролите, токовой нагрузки и от концентрации в нейтральном растворе ZnSO4

Ключевые слова: электролиз, уравнения регрессии, адекватность

Электролиз цинковых сульфидных растворов завершающая стадия в технологической схеме гидрометаллургического способа получения цинка.

Режим электролиза цинка устанавливают в зависимости от концентрации цинка и примесей в нейтральном растворе, который после очистки поступает на электролиз.

Основными параметрами являются плотность тока, кислотность и температура электролита в ваннах.

Электролиз цинка на заводе ОАО “Электроцинк” проводится при следующих условиях: объём раствора в ванне - 2,47 м3, размер рабочей части катода 970х630 мм, рабочая поверхность с обеих сторон 1,2 м2, плотность тока 540-560 А/м2, кислотность в ваннах поддерживают в пределах 110-130 г/л И2804, температура раствора в электролитных ваннах поддерживается в интервале 38±3 °С.

Нейтральный раствор перед поступлением в электролизные ванны подкисляют отработанным электролитом от 30 до 70 г/л Н2^04.

Вследствие электролитической диссоциации в растворе образуются следующие ионы:

ZnS04 = Zn2+ + Б042-,

И2Б04 = 2Н+ + S04-,

Н20 = Н+ + 0И-.

Суммарный процесс в электролизной ванне характеризуется убылью в растворе ионов цинка в результате осаждения его на катоде, выделением на аноде газообразного кислорода и, как следствие этого образованием серной кислоты

2Н+ + S04- = Н2804.

Ранее было изучено [1] влияние на показатели процесса плотности тока, температуры и концентрации цинка и серной кислоты в электролите. С помощью планирования эксперимента исследовано [2] влияние плотности тока, температуры, концентраций цинка и серной кислоты в электролите на катодный выход цинка по току при электролизе чис-

Рутковский Александр Леонидович - СКГМИ (ГТУ), д-р техн. наук, профессор, тел. (8672) 40-73-45 Хадзарагова Елена Александровна - СКГМИ (ГТУ), д-р техн. наук, доцент, тел. (8672) 40-71-62 Юрошева Татьяна Александровна - СКГМИ (ГТУ), аспирант, тел. (8672) 57-04-26

тых растворов, содержащих следы примесей металлов. Получены уравнения регрессии, на основе которых были найдены оптимальные параметры процесса электролиза цинка.

В настоящей работе приведены результаты исследования в промышленных условиях зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от концентрации цинка в отработанном электролите, токовой нагрузки и от концентрации в нейтральном растворе 1п804.

В ходе математической обработки данных [3] промышленного эксперимента получены регрессионные зависимости.

При проведении парного регрессионного анализа получены следующие уравнения регрессии, которые описывают зависимости концентрации серной кислоты от концентрации цинка в отработанном электролите, от концентрации 1п804 в нейтральном растворе и от токовой нагрузки

у1 = 201.059 - 0.831 х1, (1)

где х1 - концентрация цинка в отработанном электролите, г/дм3; у1 - концентрация серной кислоты в отработанном электролите, г/дм3; коэффициент корреляции равен -0.916. Расчётное значение критерия Фишера Грасч = 30.836. Табличное значение критерия Фишера Етаб = 3.003. Уравнение (1) адекватно по критерию Фишера с доверительной вероятностью а = 0.99. На рис. 1 приведён график зависимости концентрации серной кислоты от концентрации цинка в отработанном электролите.

,«11. я.

о о экспериментальные данные

— - расчотныс* значения

Рис. 1. Зависимость концентрации серной кислоты У! от концентрации цинка в отработанном электролите X!.

у2 = 268.402 - 0.688 х2, (2)

где х2 - концентрации 1п804 в нейтральном растворе, г/дм3; у2 - концентрация серной кислоты в отработанном электролите, г/дм3; коэффициент корреляции равен -0.618. Расчётное значение критерия Фи-

шера Ррасч = 8.067. Табличное значение критерия Фишера Етаб = 3.003. Так как Ррасч > Ртав, то регрессия значима с доверительной вероятностью а =

0.99. На рис. 2 приведён график зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от концентрации 1п804 в нейтральном растворе.

о о - экспериментальные данные — - расчётные значения

Рис. 2. Зависимость концентрации серной кислоты у2 в отработанном электролите от концентрации 7пБ04 в нейтральном растворе х2

у3 = 147,758 - 0.0000335 х3, (3)

где х3 - токовая нагрузка А/м2; у2 - концентрация серной кислоты в отработанном электролите, г/дм3; коэффициент корреляции равен 0.576. Расчётное значение критерия Фишера Ррасч = 11.764. Табличное значение критерия Фишера Ртав = 3.003. Так как Ррасч > Ртав, то уравнение регрессии адекватно с доверительной вероятностью а = 0.99. На рис. 3 приведён график зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от токовой нагрузки.

.2.124x1О*. хз .3.137*105.

о о - экспериментальные данные — - расчётные значения

Рис. 3 Зависимость концентрации серной кислоты у3 в отработанном электролите от токовой нагрузки х3

Совместное влияние концентрации цинка в отработанном электролите и концентрации 1п804 в нейтральном растворе показано на рис. 4 и выражается следующим уравнением регрессии (4): у4 = 240.07599 - 0.72665 х1 - 0.27696 х2, (4) где коэффициент корреляции равен 0.996. Расчётное значение критерия Фишера Ррасч = 11.882. Табличное значение критерия Фишера Ртав = 3.003. Так как Ррасч > Ртав, то регрессия значима с доверительной вероятностью а = 0.99. На рис. 4 приведён график зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от токовой нагрузки.

У4

х1

Рис. 4. Зависимость концентрации серной кислоты у4 от концентрации цинка в отработанном электролите xi и от концентрации ZnSO4 в нейтральном растворе x2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены в промышленных условиях и исследованы зависимости концентрации серной кислоты в отработанном электролите от концентрации цинка в отработанном электролите, токовой нагрузки и от концентрации в нейтральном растворе ZnSO4. Полученные данные используются в АСУТП для управления технологией процесса электролиза цинка.

Литература

1. Hansen C.A. // Trans. Am. Inst. Mining Eng. 1918. Vol. 60. P. 206..

2. Алкацев М.И., Кондратьев Ю.И., Алкацев В.М. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. №5 с .11.

3. Львовский Е.Н., Статистические методы построения эмпирических формул. - М: Высш. шк., 1988. 239 с.

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Г осударственный технологический университет) PROCESS PARAMETERS CORRELATION RESEARCH OF ZINC ELECTROLYSIS IN INDUSTRIAL CONDITIONS A.L. Rutkowski, E.A. Hadzaragova, T.A. Yrosheva

The present work describes research results containing correlation of sulfuric acid concentration with the concentration of zinc in the processed electrolyte, dependence of sulfuric acid concentration on the load current and dependence on the concentration in neural solution of zinc sulphate (ZnSO4)

Key words: electrolysis, regression equation, adequacy