[發明專利]鋅電解能耗模型

無效

• 申請號: 200810031805.7
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101334799A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 陽春華;桂衛華;李勇剛;竇傳龍;彭曙光;唐勇;陶順紅;莫志勛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;C25C1/16
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 胡燕瑜

技術領域

本發明涉及鋅電解冶煉，特別電解過程中變量與能耗 之間的能耗模型。

背景技術

濕法煉鋅是我國目前的煉鋅的主要方法，用該方法煉 鋅時，鋅電解過程電能消耗大，電費在鋅生產過程中占據很大的比重。 鋅電解過程中，影響能耗的主要因素包括電流密度、電解液酸濃度、 鋅濃度及溫度等工藝參數。由于鋅電解過程機理復雜、各工藝參數之 間耦合嚴重、非線性關系強，各工藝參數對電流效率及能耗的影響機 理不明確，因此很難建立電流效率及能耗與各工藝參數之間的數學模 型，對減少能耗，降低生產成本是一種嚴重的制約。

發明內容

本發明的內容是針對鋅電解過程能耗機理復雜的問 題，提供一種鋅電解過程能耗模型。

本發明通過下列方法實現：實際生產中，影響能耗的主要因素包 括電流密度、電解液酸濃度、鋅濃度及溫度；依據鋅電解過程能耗機 理，建立電流效率及槽電壓與這幾個主要因素之間的數學模型；通過 鋅電解實驗所獲得的數據，辨識數學模型中的參數，并根據能耗與電 流效率及槽電壓的關系獲得鋅電解過程的能耗模型。

通過能耗模型，建立了電流密度、電解液酸濃度和鋅濃度及溫度 工藝參數的非線性關系，各工藝參數對電流效率及能耗的影響有了一 個定量的關系，從而使鋅電解減少能耗，降低生產成本。

[具體實施方式]

1鋅電解實驗

模擬實際生產條件，進行大量的鋅電解實驗，實驗結果如附圖所 示，附圖說明如下：

圖1溫度為40度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與槽電 壓間的關系曲線；

圖2溫度為37度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與槽電 壓間的關系曲線；

圖3溫度為40度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與電流 效率間的關系曲線；

圖4溫度為37度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與電流 效率間的關系曲線；

圖5溫度為40度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與電能 消耗間的關系曲線；

圖6溫度為37度，不同的電解液酸鋅濃度下，電流密度與電能 消耗間的關系曲線。

2槽電壓機理模型的建立

鋅電解過程中，槽電壓V主要由三部分組成，即：

V＝V₁+V₂+V₃????(1)

其中：V₁——硫酸鋅的分解電壓(約占75～80％)

V₂——陰陽極間溶液的電壓降(約占13～17％)

V₃——其它電阻電壓降，所占比重較小，且變化不大，

一般當作常數

硫酸鋅的分解電壓V₁等于陽極電極電勢與陰極電極電勢之差，即：

結合電化學里的能斯特方程，可以將鋅電解過程陽極電極電勢和陰極 電極電勢表示如下：

式中：——鋅陰極的標準電壓，為常數；

——氧陽極的標準電極電位，為常數；

——陽極的超電壓，可以用塔菲爾公式表示；

η_Zn——鋅陰極的超電壓，為0.02～0.03V，變化小，可看成常 數；

——氫氧根離子活度系數，與氫氧根離子濃度成正比，溶 液中氫氧根離子濃度和氫離子濃度之積為常數；

——鋅離子活度系數，與鋅離子濃度成正比關系；

R——熱力學常數，8.314J·mol-1·K^-1；

T——熱力學溫度，K；

F——法拉第常數，96500C·mol^-1；

氧的超電壓可以用塔菲爾公式表示為：