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1、降低电积锌直流电耗分析传统的湿法炼锌过程中,电积能耗直接影响冶炼的生产成本。锌电积直流电 耗受各种因素影响，联系当前生产实践分析了这些影响因素,并提出了相应的解 决方法及节电措施。湿法炼锌是在低温（25-250*）及水溶液中进行的冶金过程。目前，世界上 锌产量的80%以上都是采用湿法工艺生产的。在湿法炼锌工艺中，电积是主要的 耗电工序，其电耗占整个工艺能耗的70%以上，因此，降低电积电耗，对于湿法 炼 锌厂降低生产成本有着积极的意义。锌电积电耗锌电积电耗主要包括交流电耗和直流电耗2部分。交流电耗主要发生在循环 酸泵、冷却塔风机、掏槽真空泵等机械设备上，其在锌电积系统中占总能耗的比 例仅为3%-
2、4%，因此，电积电耗以直流电耗为主。在锌电积过程中，析出It阴极锌需要的电能为：W二UXIO3/Q 耳（1）式中W直流电耗，kWh/t；U-槽电压V, n-电 流 效 率，q-锌的电 化当量，1.219.5g。A h）。 从。1）式可以看出，锌电积电耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。因此 要降低锌电积电耗，必须降低槽电压或提高电流效率。锌电积的节能措施降低槽电压 槽电压对锌电积的电能消耗有重要影响。电积过程中槽电压的 情况见表1顶吕电S：馨八分（5d ttZ3.月-2- &Z-5- soO.月-O-丄31 T曲挝电曲电庶降*- O-O- 0-3-O-.零叨摊电函吃圧降O 1 -O- 0?O-
3、. &毎也点上电压降0_ 03-O_ 0-5.i.1. -t阳4M.SE电圧阵n_ is_O- 20fl . O3. 3-3-_ !=1_OO曲盡1可以看出. 电积憎曲电JEE降t b）由表1可以看出，一个电解槽的电压降（U）由硫酸锌分解电压（U分）。 电积液电阻电压降（U液）。阴、阳极电阻电压降（U极）。接触点上电压降（U 接）。阳极泥电压降（U泥）阳极泥等5项组成即：U二U分+U液+U极+U接+U泥。（2）式（2）表明，通过降低分解电压和电阻电压，可以降低槽电压。降低硫酸锌的分解电压硫酸锌分解电压由理论分解电压。e理）、阴极超电压（耳阴）和阳极超电 压（n阳）组成，如下式:U=2 303R
4、T_Eo(0 )+1ga(OH) +n(O )Eo(Zn) T2 f-2.303RT _F1ga(Zn-+) +q(Zn)Eo (O ) +-303RT 1ga(OH) Eo (Zn) +F2.303RTF1ga(Zn-+ )+q (O )+q (ZN)。-式。3）可以看出,硫酸锌的实际分解电压与电流密度,电积液温度以及锌、酸浓度 有关。硫酸锌分解电压，对于电解车间尽量控制好酸锌比，理论实际1 克锌15-20 酸就行调配。电解液析锌 1 克锌析出 1.5 克酸，提高 1 克酸能降低 0.003V 电压， 但是根据电解工艺而定，酸控制到150-200g/L和锌控制在40-60g/L.废电解液 的
5、酸锌含量，新液含锌越高，单位体积新液析出的锌量越多，相应的废电解液含 硫酸越多，废电解液中所含的硫酸与锌量比（酸、锌比越大），实践证明，提高 废液的酸度，可以降低槽电压，节约电能，提高废电解液的酸、锌比就意味着新 液含锌浓度相应增加，但电解时，随着溶液中锌浓度的降低，硫酸浓度增加，因 而氢的超电压降低。降低电阻电压低电积液电阻电压 硫酸锌的电积反应为：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0.5O2提高硫酸锌的浓度或降低硫酸的浓度都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,随着锌离子浓度的升高而升高。但是,随着电积液中锌离子 浓度的升高,酸浓度降低,电积液电阻会增大，槽电压上升
6、。电解液电阻电压降是 指电解锌液质量，净化车间一定要控制新液指标，降低锌液的Cu、Cd、Co、Sb、 As、Ni、Ge 的杂质含量，在公司新液指标控制范围之内尽量往下控制，能够让 电解阴极锌更好的析出，降低电解液的电阻电压降。因此，应考虑锌电积液的电导率。硫酸锌溶液的电导率见表 2V：下碇磁坤iTF膜旳电导聿rrt& 匸门|松Fft中声工诃P_KR -1一1 J-toao1|&1003-47 - 223-1 3 . 472B3.332fi3. na1?|13 日.84370- 37333.333CtT. 601占3. 9虽40- 1 V33- B-L14351&_ 2&4 1S. 4 137S
7、. 79ISOSO2：. 5145-3. 55413_22ZOO呂1725-40 S-L4SO ZO4 -L 4 4-L从表（2）可以看出,电积液的电导率随电积液中锌离子浓度增加而减小,随 硫酸浓度的增加而升高。因此,提高电积液中硫酸的浓度,降低锌离子的浓度,都 能降低电积液的电阻,提高电导率。实际生产中,电积液中硫酸浓度、锌离子浓度 对电流效率有重要影响,应该综合考虑各种因素,选择合适的酸锌比。 葫 芦 岛锌厂控 制p （H2S04）/ p。Zn2 +）在3.1-3.3范围内，取得了较好的效果。一般认为，电流密度为500A/m2，左右时，p（H2SO4）/ p Zn 2+）为宜。此外，溶液中
8、的钙、镁、锰和碱金属的盐类及硅胶等的存在，也将增大电积液的电阻,生产中应加以注意.阳极电阻电压降是指阳极板材质的电压降，目前电解锌冶 炼使用的阳极有铅银合金阳极板、铅银钙合金阳极板、铅银钙锶合金阳极板，铅 包铝合金阳极板。我厂采用的铅银合金阳极板，含银0.8%-1%含银阳极板，阳极 板的尺寸：1480mm*943mm*9mm。根据实验表明电解氧在阳极上析出的超电压约为 0.5V 的存在，在锌电积过程，氧在阳极上析出时超电压的大小与阳极材质、阳 极表面状态等因素有关,氧的超电压愈大，则电积时电能消耗愈大,电流密度一定 时，阳极电压随电积时间的延长而增大，因此应力求降低氧的超电压。 由于铅 银阳极
9、的阳极电位较低，形成的PbO2较细且致密，导电性较好，耐腐蚀性较强， 故在锌电积厂普遍采用。阳极析氧反应的电位（包括氧析出的超电位），阳极电 位约占整个槽电压的 50%。阳极上放出的氧，消耗于三个方面：1）大部分氧在 阳极表面形成气泡，并吸附少量的酸和水逸出电解槽形成酸雾，使设备腐蚀，劳 动条件恶化；（2）小部分氧与阳极表面作用，参与形成过氧化铅（PbO2）阳极 膜，形成阳极钝化而起不溶性阳极的作用，并保护阳极不受腐蚀。（3）一部分 氧与溶液中二价锰作用形成高锰酸和二氧化锰，其反应为：2MnS04 + 3H2O + 502 = 2HMnO4 + 2H2SO4该反应生成的Mn04-使无色硫酸锌溶
10、液变成紫红色。高锰酸继续与硫酸锰作用： MnS04+HMn04+2H20 = 5Mn02 I +3H2S04在正常条件下，氧的析出约占阳极总电流的98%, Mn2+氧化成Mn02约占1%，并 要求电解液含Mn2+35克/升。Mn02在阳极过多地析出，会增加浸出工序的负 担，也会引起电积液中Mn2+的贫化而直接影响析出锌质量。降低阴、阳极电阻电压阴、阳极电阻造成的电压降一般占槽电压的 、1.0%-1.3%。实际的电积锌过 程中，由极化现象而产生电极反应的超电压，氢在锌电极上的超电压为1.105V, 锌的超电压为0.05V。由于氢气超电压的存在，使氢的析出电位比锌负，锌优 先于氢析出，从而保证了锌
11、电积的顺利进行。超电压随电流密度增加而增加，随 温度的升高而降低。事实上，阴极超电压仅占很小的比例，为0.01-0.02V，阳极超 电压是氧在阳极上析出引起的,其值占阳极总电压的 45.6%,因此,要使槽电压降 低，降低氧的超电压很重要。选择适宜的阳极材料有利于降低氧析出量，目前广泛 采用的Pb-Ag合金阳极,银质量分数为0.5%-1%。随着其中银质量分数的提高，卩日 极电位降低。但在电积过程中，因阳极发生腐蚀,进入电积液中的微量Ag+会在阴 极放电析出，这不但降低了氢的析出超电压，导致氢在阴极析出，而且银与阴极锌 形成微电池，使阴极锌溶解，反而降低了电流效率。 生产上试用 Pb-Ag（0.7
12、8%）-Ca （约2%）合金阳极时，其阳极电位比用Pb-Ag（1%）合金阳极的 低120mV。目前也有很多更新型的节能阳极板出现，如镀二氧化钌或镀二氧化钙 的 修蚀阳极，可节电15%。一些厂家还使用穿孔阳极来降低电耗。选择适宜的阴、 阳极材料，可大大降低电耗降低接触点电阻电压 接触点电压降与相互接触的面积、接触表面的清洁程度、接触点的多少及两接触 面间的压力有关。阴极与阳极的联结方法可采用夹接法或搭接法。搭接法可以减 少掏槽时出现的反溶区、高电流密度区，杜绝错牙、短路现象，从而提高电流 效 率。但是，搭接法多了一个导电接触点，使接触 点总电阻变大，其槽电压要高于夹 接法。国内外很多厂家改夹接法
13、为搭接法，电效提高1%-2%，但是后者槽电压一般 比前者高出 20mV。 因此，不同炼锌厂应根据自身的实际情况选择适宜的联接方 式。我厂在关于接触点电压降方面经过研究得出，一定要严格要求操作，在实际 操作的过程中，关于接触点的电压降有更深刻的了解，2016 年电解西区三四列 在处理电解槽上氧化铜进行降低电解接触点的电压降进行试验，电解西区三四列 为期半年的试验过程中，电解西区3.4列每日出的阴极锌在同样的时间和出来阴 极锌同样的跺数，通过熔铸车间过出来的产量对比，每跺锌皮都比其它六列出来 的产量约高150kg-200kg,比至今电解东区槽面管理比西区要好，电解西区槽面 产量跟电解东区对比每月相
14、差20t-501,根据实际操作分析，电解东西区槽面产 量抛出电解工艺波动和清理溜槽情况下，产量相差最大原因就是在槽面管理氧化 铜处理情况造成电解西区产量低主要原因(个人分析)。从实际的操作过程，对 于接触点电压降0.03-0.05约占槽电压1.2%-1.4%提出质疑。按照2018年东西 区对比产量相差5 0 0多吨阴极锌产量，就是槽面管理上的失误及员工对于槽面管 理认识情况较低。对于电解东西区产量相差问题，关于电解槽电压接触点电压降 所影响的比例在实际过程中，接触点电压降所占比例应该做出相应调整， 2019 年 7 月在电解西区进行不停车的情况使用技改的工具进行电解槽面氧化铜的处 理，来解决电
15、解西区阴极锌产量低做实验，经过为期一月的处理，电解西区在处 理完成电解氧化铜后陆续跟电解东区产量相持平，在9月后电解西区阴极锌产量 超过电解东区30t。降低阳极泥电阻电压阳极表面生成的阳极泥膜要降低一部分电 压,阳极上析出的氧气泡也要降 低一部分电压。阳极泥层电阻造成的电压降,通 常 占 槽 电 压 的5%-6%。随 着电积时间的延长,阳极表面上的泥层变厚,阳极泥电阻增大。因此,必须定期刷 洗阳极。阳极泥的清理周期(t)对槽电压(U)的影响可用下式计算U=3.34+0.000592t 式可以看出,阳极清洗周期越短,槽电压越低。水口山有色金属公司把阳极清扫周 期由45d缩短为2,d槽电压平均下降20mV，每t电锌电耗降低了 13kWh。在电 解锌过程中阳极泥的电阻电压降在实际操作过程中和理论数据中，对于本厂平整 阳极泥进行实际性的清理要求并且缩短平整阳极板的周期，现在本厂每天的阴极 锌产量在电效计算能够达到90-91%电效，直收率达到97.8%。在阳极板清理完成 后，阳极板清理后要求阳极板上阳极厚度不能超过2
