浅析锌电积过程节能措施Ξ刘子明(昆明云冶锌业股份有限公司,云南　昆明　650102)摘要:分析了电解过程中对直流电单耗有影响的因素,结合生产实践,针对性地提出了降低锌电解过程能耗的措施。

关键词:锌电积;电能;节能措施中图分类号:TF813　文献标识码:B 文章编号:1004-2660(2003)S1-0020-031　概述近年来,湿法炼锌技术得到飞速发展,使之在锌的提取冶炼中占据越来越重要的地位,至20世纪90年代初,湿法炼锌的锌产量已经占总产量的80%以上。

湿法炼锌能耗较高,一般每t 锌耗能(折合为电能)为3800～4100kuh ,其中电积过程消耗的能量为每t 析出锌2900～3500kuh ,占总能耗的80%左右,因此,研究怎样降低电积过程的能耗,对于降低湿法炼锌的生产成本是一个有价值的、十分必要的课题。

锌电积过程能耗是由以下公式计算的:W =820V /ηi式中:V ———槽电压 ηi ———电流效率(%) W ———电能单耗根据以上电能的计算公式可以看出,电耗与电解的槽电压成正比,与电流效率成反比。

因此,任何降低槽电压或提高电流效率的措施都是有利于降低电能消耗的。

下面就某厂生产实践中影响电能消耗的因素及所采取的措施作简要论述。

2　影响锌电解过程能耗的因素及节能措施211　确保电解液的质量,减轻有害杂质的影响对锌电解过程而言,保证电解液具有很高的纯度是一个很关键的问题。

由于锌的标准还原电位(-01763V )较绝大多数杂质金属都要负,当杂质离子的浓度达到一定的程度时,就会降低氢的超电压,影响电效,有时甚至发生严重“烧板”,大大降低电流效率,增加了电耗并给生产造成很大的影响。

电解液的主要有害杂质离子及含量如表1。

21111　Co ,Ni ,Cu等杂质对锌电积电流效率的影响及对策这类金属的共性是氢在其上的析出电位都不高(见表2),当这类杂质在溶液中达第30卷增刊 有色金属设计 Vol 130Su pp.　2003 NON FERROUS M ETALS DESI G N 2003　Ξ收稿日期35作者简介刘子明(),男,湖南人,工程师,主要从事有色冶炼生产及技术管理方面的工作:200-11-0:1970-.到一定的浓度后,它们将优先于锌在阴极析出,由于氢的放电而使锌不能在这里沉积,且析出的杂质金属和锌组成微电池,在这种微电池中,由于锌的电位更负而发生溶解,给电解过程带来很大的干扰,严重时即产生所谓“烧板”,增加电解能耗。

表1　电解液主要杂质及含量表金属Cu Ni C o As Sb G e含量/(mg L-1)011～012012～1012～0170105～011011～0120101～0104表2　氢在几种金属上析出的超电压(电流密度:400A/m2)金属Zn Co Ni Cu 氢的超电压/V1110014801440168因为在净化过程中铜很容易被除去,要获得含铜0100015g/L以下的电解液并不困难,但停产后重新开槽或出、装槽时操作不当有可能因导电头上的氧化层污染电解液,造成电解液含铜过高而影响了析出锌质量和电效,这一点通过规范操作、加强管理是可以避免的。

镍是一种危害较大的杂质。

某厂上世纪七八十年代电解液含镍在01002～01005g/L 之间,经常出现镍引起的“烧板”。

通过严格控制精矿配料含镍,强化溶液净化过程,现在含镍基本上能控制在01001g/L以下,很少出现镍“烧板”。

钴是目前生产中经常制造麻烦的一种元素。

钴的来源主要是锌精矿,钴以氧化物的形态进入锌焙砂,在浸出过程绝大部分进入溶液中形成硫酸盐,生产实践中我们一般要求电解液含钴小于01001g/L,当配料后的混合锌精矿含钴达到010075%以后,进入上清液的钴就会达到0102g/L左右,净化过程就很难将它除到要求的含量以下。

对付杂质钴的措施目前主要是控制原料含钴、加强净化操作以及在镉工序增加钴的开路。

21112　G e,As,Sb等杂质对锌电积电流效率的影响及对策当这类杂质在溶液中达到一定浓度时,它们就会优先在阴极放电沉积,随之而来的就是氢在其上放电,同时产生活性氢原子,这2种原子进一步结合产生气体氢化物,这种氢化物并不马上逸出溶液,而是吸附在阴极表面,这种气态绝缘物将阻止锌在该处继续沉积,对电解的危害很大。

克服As,Sb,G e引起的“烧板”,要严格控制锌精矿配料中它们的含量,控制好浸出的工艺条件,强化净化操作,适当限制氧化锌的投入量。

21113　有机物对电解的影响及对策有机物对电解过程的影响也越来越多地引起我们的关注,由于系统中经常进行的机械设备的检修以及设备运行中将油、脂等有机物带入系统,以及In或G e的萃余液返回系统,使得系统溶液中有机物含量时有上升,有机物附着在阴极表面,妨碍电解液和阴极的充分接触,大大增加能耗。

在实际生产中,由于有机物的影响,可使每吨析出锌的电耗增加20～50kuh。

目前,主要措施是对In,G e萃余液进行氧化处理,对机械设备操作、维修进行规范化管理,可取得显著效果。

杂质对电解过程的影响十分复杂,有时,单一的或少数杂质超过我们要求的范12增刊 刘子明:浅析锌电积过程节能措施围,而其他杂质含量很低,电解的条件(如槽温、酸锌比、流量等)控制很稳定,操作很规范,也不会对电解电流效率产生很大的影响;但也可能出现各种杂质含量都在我们要求的范围内,而由于电解的条件控制不好,或是操作不当,或者溶液中混有有机物等上述原因也可能造成电解条件急剧恶化,电流效率大幅下降,甚至出现较严重的“烧板”现象;也存在单一杂质超标并不“烧板”,而与其他某种或几种杂质都超标就出现的所谓“复合杂质烧板”现象,这些都还有待于进一步总结和研究。

212　选用合理的阳极材料目前,各电锌厂均采用铅-银系列(二元或三元)合金作为阳极。

阳极中银的含量控制恰当,不仅能延长阳极寿命、提高阴极锌的质量,而且能降低阳极电位,减少阴极锌的能耗。

某厂曾使用过含银1%和017%的铅银阳极,通过大量的对比数据测定表明,相同电解条件下,使用前者的槽电压比后者低20mV,能节电20kWh/t析出锌,因此从1998年起全面使用含银1%的阳极。

也有一些厂家采用铅银钙三元阳极,取得了较好效果,其原因是三元阳极其含银量相对较低,对阳极成本的降低起明显的作用,但也存在阳极泥成片状、阴极锌含铅不易控制、电阻较高、不适宜高电流密度电解等缺点,各电锌厂根据自己的具体情况进行选择。

20世纪90年代中期以来,一些厂家开始使用穿孔阳极板,实践证明,穿孔阳极的使用可以有效地改善电解槽内的电解液的循环,而且因为打孔后阳极的附着力减小,使沉积的阳极泥减少,从而使电解的槽电压降低0102～0105V,可降低电耗20～50kWh/t 锌。

13　合理控制电积条件131　控制适宜的酸锌含量电解反应方程式为:ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+(1/2)O2从电解反应方程式来看,锌的浓度高,硫酸的浓度低有利于反应向右进行,即电流效率随着硫酸浓度的增加而降低,随着锌离子的浓度升高而升高。

但是,随着溶液含锌的升高、含酸降低,又会增加电解液的比电阻(见表3),使槽电压上升。

某厂生产实践中采用170～190g/L的含酸和45～55g/L的含锌取得了很好的效果。

表3　硫酸锌溶液的比电阻与酸锌成分的关系H2SO4/(g L-1)溶液含锌/(g L-1)406080100 120218831143147317314021442170310031251601190211621392164180118111992122142200116911852104212421312　控制恰当的电流密度电流密度增加,一方面会使氢的超电压增加,有利于电流效率的提高和电耗的降低,但另一方面,却使得槽电压上升而增加电耗,槽电压随着电流密度的升高而上升,在实际生产过程中,我们通过大量数据进行比较发现,电流密度对槽电压的影响比对电流效率的影响要显著得多,尤其是在目前电解液质量稳定,杂质含量很低的情况下。

在38～40℃的槽温,含锌45～50g/L,H2SO 180～190g/L的电解条件下,电流密度为200A/m2,450A/m2,560A/m2时测得槽电压分别为2197V,3125V,3150V。

根据某厂目前的溶液和电解条件的特性,电流密度控制在～55能够获得较好的技术经济指标。

22 有色金属设计 第30卷2214000A/m221313　严格控制电解的槽温电解过程的槽内温度是一个很重要的工艺控制条件。

一般锌电解厂的电解温度控制在30～45℃。

提高温度,有利于减小电解液的比电阻,可以降低槽电压,但却会降低氢的超电压,从而降低电流效率,甚至使电解出现“返溶”或“烧板”,使能耗急剧上升,这种情况在溶液含杂质偏高的情况下会更加严重。

生产中把槽温控制在37～42℃,电解液采用空气冷却塔进行冷却,槽温过高时,则采取降低电流或在电解槽内加水以避免其进一步升高而发生“烧板”。

21314　采用尽可能小的同极距离电解液的电阻正比于电极之间的距离,所以缩小同极之间的间距,对于降低电解液的电压降,从而减小槽电压和电解能耗是很有价值的,1997年某厂将某系列原来的62 mm的同极距缩短为58mm,不仅增加了电解槽的生产能力,同时也使槽压下降0102V,较缩距前节电016%左右。

但缩短极距不是可以无限制进行的,极距太短,容易造成槽内接触增多,给槽面操作与管理增加很多困难,影响电流效率,反而增加电耗。

214　合理使用添加剂电解过程中使用一定量的添加剂,一方面能锌沉积反应的过电位,使阴极结晶细化,使阴极析出致密,表面平整,另一方面能减弱有害杂质的影响,能阻止H+的扩 散,增加氢的超电压,但使用方法要得当,否则反而会使电流效率降低,增加电耗。

常用的添加剂有骨胶、酒石酸锑钾(吐酒石)。

215　严格加强操作管理电解的操作对其能耗指标,也起着至关重要的作用。

控制尽可能大的流量有利于带走电解产生的热量,而且有利于Zn2+的扩散,减少浓差极化,缓解杂质危害;及时清理阳极泥,减小阳极泥电阻,某厂清理周期由原来的3个月/次缩短为每月/次后,对降低槽电压,减少能耗效果显著;尽量杜绝槽内、槽面接触,减少漏电现象。

3　结语锌电解过程节能应主要从降低槽电压、提高电流效率,减少漏电损失等方面考虑,其中保证电解液的质量,稳定电解条件,加强操作管理是比较关键的因素。

科技工作者们仍在积极探索大幅度降低能耗的新途径,如采用新型材料作为阳极以期降低锌析出的分解电压与超电压之和,有人寻求新的电解体系希望大大降低能耗。

参考文献:32增刊 刘子明:浅析锌电积过程节能措施。