浅析锌电积过程节能措施

第30卷增刊　　　　　　　　　　　　　　　　　有色金属设计　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol130Supp.　2003　　　　　　　　　　　　　　NONFERROUS　METALS　DESIGN　　　　　　　　　　　　　　2003　

Ξ

浅析锌电积过程节能措施

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)S1-0020-03

1　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

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

式中:V———槽电压η　　　——电流效率(%)i—　　　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

Ξ收稿日期:2003-11-05

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

作者简介:刘子明(1970-),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.

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

金属含量/(mgL-1)

Cu011～012

Ni012～1

Co012～017

As0105～011

Sb011～012

Ge0101～0104

表2　氢在几种金属上析出的超电压

(电流密度:400A/m2)金属氢的超电压/V

Zn1110

Co0148

Ni0144

Cu0168

21112　Ge,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,Ge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Ge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,Ge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

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。

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。

213　合理控制电积条件21311　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/溶液含锌/(gL-1)

(gL

-1

)

406080100120218831143147317314021442170310031251601190211621392164180118111992122142200

1169

1185