MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ điện phân 2 1.1.1 Vai trò của ngành điện phân. 2 1.1.2 Lý thuyết quá trình điện phân. 2 1.1.3 Các quá trình điện cực. 3 1.4 Sự kết tinh điện hóa .Quá trình kết tủa kim loại và các yếu tố ảnh hưởng. 4 1.5 Nguồn điện phân 6 1.2 Giới thiệu chung về kẽm 6 1.2.1 Sơ lược về kẽm và lịch sử hình thành 6 b) Các nghiên cứu trước đây và tên gọi 9 1.2.2 Tính chất 10 a) Khả năng phản ứng 12 b) Hợp chất 14 1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 15 1.3.1 Lựa chọn công nghệ 15 1.3.2 Quy trình công nghệ 15 CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24 2.1 Tính kích thước bể và các thông số cơ bản của dây chuyền 24 2.1.1 Tính kích thước bể 24 2.1.2 Tính toán số bể mạ 26 2.1.3 Tính kích thước của dây chuyền 28 2.1.4 Các thiết bị phụ trợ 29 2.2 CHỌN NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU 29 2.2.1 Cường độ dòng điện vào bể 30 2.2.2 Mật độ dòng thể tích 30 2.2.3 Tính điện thế bể 31 2.3 TÍNH TIÊU TỐN NƯỚC RỬA 32 2.4 XÁC ĐỊNH THÔNG GIÓ 34 2.4.1 Thể tích không khí cần hút khỏi mặt thoáng của bể 35 2.4.2 Phân luồng khí thải và chọn quạt 37 2.5 TIÊU TỐN KHÔNG KHÍ NÉN 38 2.6 TÍNH TIÊU TỐN ĐIỆN NĂNG 38 2.6.1 Điện năng tiêu thụ cho nguồn điện một chiều trong một ngày 39 2.6.2 Điện năng tiêu thụ cho cẩu 39 2.6.3 Điện năng tiêu thụ để chạy quạt hút gió 40 2.6.4 Điện năng để chiếu sáng trong một ngày 40 2.6.5 Điện năng tạo khí nén 40 2.7 TIÊU HAO HÓA CHẤT VÀ TIÊU HAO CATOT 41 2.7.1 Tiêu hao hóa chất 41 2.7.2 Tính tiêu hao anot 44 CHƯƠNG 3: PHẦN XÂY DỰNG, TỔ CHỨC SẢN XUẤT 46 3.1. PHẦN XÂY DỰNG 46 3.1.1. Đặc điểm chung 46 3.1.2. Đặc tính của xưởng mạ 46 3.2. AN TOÀN LAO ĐỘNG 49 3.2.1. Vệ sinh công nghiệp 49 3.2.2. Hệ thống xử lý nước thải 50 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHUN NGÀNH CƠNG NGHỆ HỐ VƠ CƠ ……… **……… Xây dựng quy trình, tính tốn thiết kế bể điện phân sản xuất kẽm phương pháp anot tan công suất 500kg/ngày từ nguyên liệu xỉ thải kẽm nhà máy nhúng nóng kẽm Giáo viên hướng dẫn : Thầy Sinh viên : Mã sinh viên : Lớp : Hà Nội 9-2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I TỔNG QUAN .2 1.1 Giới thiệu chung công nghệ điện phân .2 1.1.1 Vai trò ngành điện phân 1.1.2 Lý thuyết trình điện phân 1.1.3 Các trình điện cực 1.4 Sự kết tinh điện hóa Quá trình kết tủa kim loại yếu tố ảnh hưởng 1.5 Nguồn điện phân 1.2 Giới thiệu chung kẽm 1.2.1 Sơ lược kẽm lịch sử hình thành .6 b) Các nghiên cứu trước tên gọi 1.2.2 Tính chất .10 a) Khả phản ứng 12 b) Hợp chất 14 1.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 15 1.3.1 Lựa chọn công nghệ 15 1.3.2 Quy trình cơng nghệ .15 CHƯƠNG II TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 24 2.1 Tính kích thước bể thông số dây chuyền 24 2.1.1 Tính kích thước bể 24 2.1.2 Tính tốn số bể mạ 26 2.1.3 Tính kích thước dây chuyền 28 2.1.4 Các thiết bị phụ trợ .29 2.2 CHỌN NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU 29 2.2.1 Cường độ dòng điện vào bể 30 2.2.2 Mật độ dịng thể tích .30 2.2.3 Tính điện bể 31 2.3 TÍNH TIÊU TỐN NƯỚC RỬA 32 2.4 XÁC ĐỊNH THƠNG GIĨ 34 2.4.1 Thể tích khơng khí cần hút khỏi mặt thống bể .35 2.4.2 Phân luồng khí thải chọn quạt 37 2.5 TIÊU TỐN KHƠNG KHÍ NÉN 38 2.6 TÍNH TIÊU TỐN ĐIỆN NĂNG 38 2.6.1 Điện tiêu thụ cho nguồn điện chiều ngày .39 2.6.2 Điện tiêu thụ cho cẩu 39 2.6.3 Điện tiêu thụ để chạy quạt hút gió .40 2.6.4 Điện để chiếu sáng ngày .40 2.6.5 Điện tạo khí nén 40 2.7 TIÊU HAO HÓA CHẤT VÀ TIÊU HAO CATOT 41 2.7.1 Tiêu hao hóa chất 41 2.7.2 Tính tiêu hao anot 44 CHƯƠNG 3: PHẦN XÂY DỰNG, TỔ CHỨC SẢN XUẤT 46 3.1 PHẦN XÂY DỰNG .46 3.1.1 Đặc điểm chung 46 3.1.2 Đặc tính xưởng mạ 46 3.2 AN TOÀN LAO ĐỘNG 49 3.2.1 Vệ sinh công nghiệp .49 3.2.2 Hệ thống xử lý nước thải 50 KẾT LUẬN .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Số đơn nguyên thời gian gia công quy trình điện phân thu hổi kẽm .27 Bảng 2 Thông số kĩ thuật máy bơm, lọc 28 Bảng Tổng hợp dòng điện vào bể 29 Bảng Tính tốn điện bể 31 Bảng Tổng hợp dòng điện điện bể điện phân 31 Bảng Thông số chỉnh lưu 31 Bảng Lượng nước tiêu thụ dây chuyền (1 dãy) 33 Bảng Đặc tính khí độc phân xưởng .34 Bảng Hệ số K∆t chênh lệch nhiệt độ dung dịch không khí phịng .35 Bảng 10 Hệ số xét đến độ độc hại cường độ bốc chất độc hại 36 Bảng 11 Thể tích riêng phần khơng khí cần hút Lo bể 36 Bảng 12 Thể tích cần hút L bể 36 Bảng 13 Tiêu thụ điện cho khâu ngày 40 Bảng 14 Định mức tổn thất dung dịch .41 Bảng 15 Lượng hóa chất tổn thất để hòa thành kế hoạch 42 Bảng 16 Lượng hoá chất tiêu tốn ban đầu cho pha chế dung dịch 43 Bảng 17 anot tiêu hao ban đầu .44 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1 Sơ đồ điện hoá Hình Các ký hiệu giả kim thuật tương trưng cho kẽm Hình Phân bố electron nguyên tử kẽm 13 Hình Sơ đồ cơng nghệ .16 Hình Dung dịch kẽm sunfat 22 YHình Sơ đồ cấu trúc xưởng 45 Hình Hệ thống xử lý nước thái xưởng 49 LỜI CẢM ƠN Bản đồ án mơn học chun ngành Cơng nghệ hố vơ thực hoàn thành giúp đỡ thầy cô, bạn bè người thân em Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Xuân Huy, người quan tâm trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em chân thành cảm ơn tập thể thầy cô môn tạo điều kiện thuận lợi em, bạn lớp hồn thành tốt đồ án Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bạn bè, người thân giúp đỡ em suốt q trình làm đồ án Do cịn nhiều hạn chế mặt kiến thức thời gian nên q trình thiết kế khơng tránh khỏi sai sót, em kính mong thầy bảo thêm để em hồn thiện đồ án kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Sinh viên Nguyễn Văn A CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung công nghệ điện phân 1.1.1 Vai trị ngành điện phân Trong ngành luyện kim nói chung, luyện kim phương pháp điện phân chiếm vai trò quan trọng Tuyệt đại đa số kim loại luyện hoăc tinh luyện cần thiết dùng phương pháp điện phân Luyện kim loại kiềm kiềm thổ phải dùng phương pháp điện phân, kim loại có hoạt tính lớn nên khó hồn ngun đường hỏa luyện Trong thiên nhiên chúng tồn dạng muối NaCl, KCl,… qua sơ chế thành NaOH, KOH…, chúng chất điện ly nên điện phân trực tiếp Luyện kim phương pháp điện phân có ưu điểm chính: + Có thể luyện kim loại mà phương pháp hỏa luyện luyện +Có thể luyện quặng nghèo, quặng Oxit… đem lại hiệu kinh tế cao phương pháp khác +Dễ dàng thu hồi kim loại quý lẫn quặng +Cho sản phẩm kim loại có độ nguyên chất cao 1.1.2 Lý thuyết trình điện phân 1.1.2.1 Hệ thống điện hóa : Hình 1 Sơ đồ điện hoá 1.1.2.2 Dung dịch điện ly Dung dịch điện ly gồm: + Thành phần bản: gồm muối hợp chất chứa ion kim loại số hóa chất khác +Thành phần phụ gia: chất đệm chống thụ động Anôt Chức chất đệm giữ cho thành phần dung dịch ổn định điện phân, tốc độ kim loại Catot nhỏ thoát phải ổn định Đồng thời chất đệm chống thụ động Anot Phân loại dung dịch điện ly: có loại là: + Dung dịch nước + Dung dịch muối nóng chảy Dựa vào có cơng nghệ điện phân khác như: +Điện phân dung dịch nước: luyện kẽm, tinh luyện Cu,Ni,Pb… + Điện phân muối nóng chảy: Sản xuất Nhôm, Magie, kim loại đắt, hiếm… 1.1.2.3 Một số đặc điểm dung dịch điên phân: - Có độ dẫn điện cao giúp giảm tổn thất làm cho trình diễn đồng - Độ pH phù thuộc chất điện phân - Nhiệt độ dung dịch không vượt nhiệt độ sôi 1.1.3 Các trình điện cực 1.1.3.1 Quá trình Anot: Anot điện cực nối với cực dương nguồn điện chiều.Khi điện phân, anot xảy trình điện hóa (oxi hóa) gọi q trình Anot chia làm loại: +Quá trình Anot tan +Quá trình Anot khơng tan Bản chất q trình xảy Anot q trình Oxi hóa a) Trường hợp Anot tan Kim loại làm Anot bị Oxi hóa chuyển thành ion dương tan vào dung dịch điện phân Ví dụ: Cu – 2e Cu2+ Các Cation kim loại sau phía Catot thực hoàn nguyên bề mặt catot Cơ chế q trình Anot tan gồm giai đoạn chính: - Tách ion khỏi mạng tinh thể chuyển điện tử vào mạng điện - Hidrat hóa Cation - Khuếch tán Cation vào dung dịch b) Trường hợp Anot không tan Trên bề mặt Anot xảy q trình Oxi hóa Anion dung dịch: 4OH – – 4e 2H2O + O2 2Cl – – 2e Cl2 1.1.3.2 Quá trình Catot: Catot điện cực nối với cực âm nguồn điện chiều, nơi đặt vật mạ thu kim loại tinh chế, q trình hồn ngun kim loại diễn bề mặt catot Bản chất trình catot khử Cation thành kim loại: MZ+ + z.e M Hoặc hoàn nguyên Hydro: 2H + + 2e H2 1.4 Sự kết tinh điện hóa Q trình kết tủa kim loại yếu tố ảnh hưởng Trong công nghệ kết tủa kim loại Catot, cấu trúc tinh thể hình dạng bên ngồi kết tủa Catot có ý nghĩa lớn Việc lấy kết tủa đặc, chắc, nhẵn theo yêu cầu phụ thuộc vào trình kết tinh điện hóa Catot Q trình kết tinh điện hóa kim loại xác định trình tạo mầm trình phát triển tinh thể Kết tủa mịn hay thơ, từ tạo mặt Catot nhẵn hay gồ ghề phụ thuộc vào tốc độ tạo mầm tốc độ phát triển tinh thể Để lấy kết tủa chất lượng cao cần điều khiển tốc độ cách khống chế nhân tố ảnh hưởng sau: - Mật độ dòng điện phân cực - Thành phần nhiệt độ dung dịch - Chất hoạt tính bề mặt - Chủng loại Catot mẫu - Sự tuần hoàn ding dịch 1.4.1.1 Xem xét ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch: Đây yếu tố ảnh hưởng phức tạp có ảnh hưởng nhiều tới tính chất dung dịch Tăng nhiệt độ cho phép dùng dung dịch có nồng độ cao hơn, tăng độ dẫn điễn dung dịch, giảm nguy thụ động Anot Các yếu tố làm tăng mật độ dịng điện giới hạn nên cho phép điện phân với mật độ dòng cao