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1、槽电压与电能消耗的关系（铜电解）1，引言 电能消耗是电解车间的主要技术经济指标之一，它不但可以综合反映出电解 生产的技术水平，也是影响产品成本的主要因素。而降低槽电压又是降低直流电 解电能消耗的最有效途径。根据电耗公式：W=VX1000/ （nX 1.186） 式中：W-单位电能消耗，n-阴极电流效率，1.186-二价铜的电化当量。由上式可知：电能消耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。槽电压越高，电耗 也就越高，反之，槽电压越低，电流效率越高，电耗也就越低。因此，要想降低 单位电能消耗，必须设法降低槽电压，提高电流效率。电流效率通常在 95-98%， 波动范围不大，波动约 3%，而槽电压则由于
2、受电流密度、电解液成分及温度、 阳极钝化等因素的影响波动范围较大。槽电压波动范围一般在 0.2-0.4V 之间， 低的仅为0.2V,高的超过0.4V，相差一倍以上，可见槽电压对电解的单位电能 消耗具有更大的影响。以下着重在生产操作方面如何降低槽电压，以便降低电耗 的问题。槽电压是指直流电流通过一个电解槽时阳极和阴极间的电压降。槽电压的控制， 在一般电流密度下（小于330A/M2）正常槽电压应在0.35V以下，但不应低于0.2V, 过高和过低都是不正常的。槽电压的组成部分主要是由电流通过电极、导电棒与 接触点的电压降IR1,电流通过电解液的电压降IR2,以及阴极和阳极之间的电位 差（EA-EK）
3、,包括阴阳极本身在内的金属导体上的电压降和阳极泥中的电压降组 成。槽电压可用下式表示： V=IR1+IR2+（EA-EK）2，电流通过电解液的电压降 IR2 此项电压降的形成，是由于电解液中存在着电阻，它等于电流从阳极通过电 解液到阴极这段距离的电压降，可占整个槽电压的 30%-80%。某厂电解液中的 电压降大致为200-220mV,占整个槽电压的50-63%左右。式中：I是通过电解液 的电流强度A，R2表示电解液的比电阻（欧姆/cm2）。R2的大小主要是由电解 液中的铜、镍、铁、砷等离子浓度所决定。据介绍，每升电解液中增加 1 克铜， 比电阻增大 0.657%，增加 1 克镍，比电阻增大 0
4、.766%，增加 1 克砷，比电阻增 大 0.0725。在电解生产过程中，一般认为随电流密度的提高，为保证电解质量， 必须提高电解液中的铜离子浓度，否则由于浓度极化严重，使靠近阴极板面的电 解液出现铜离子不足的现象。但是电解液中铜离子的浓度又不能过高，根据生产 实际，当电流密度在 305A/M2 时，电解液含铜达到 58-65 克/升时，结果不仅增 加了电解液的电阻和槽电压，还容易导致阳极钝化。这是由于阳极附近铜离子浓 度升高，达到甚至超过硫酸铜的溶解度，从而使硫酸铜结晶析出，阻碍阳极的正 常溶解。根据现在的生产实践，电流密度在250 A/M2左右，铜离子浓度控制在 45-48 克/升范围内较
5、为合适，产出的电铜质量完全符合国家标准。电解液中硫酸浓度也不宜太高，由于电解液中游离酸的存在，在一定范围内 硫酸含量越高，导电性越好，可以降低槽电压，防止硫酸亚铜水解，产生氧化亚 铜而污染阴极铜。然而，如果游离酸过高，不但会影响硫酸铜的溶解度，造成结 晶析出（硫酸铜结晶薄膜覆盖于阳极板的表面）使阳极钝化，同时也将使电解液 的比电阻增大。所以，一般游离酸浓度控制在 160-180 克/升左右为宜，不能过 高或过低。此外，还应加强电解液净化，以降低各种杂质的含量。为保证电铜质 量，防止阳极钝化和增加电解液的导电性，要求电解液中的各种杂质越低越好， 尤其是以硫酸盐形态存在的杂质，如锌、铁、镍都会增加
6、溶液的电阻，降低硫酸 铜的溶解度，促使阳极钝化。不是硫酸盐形态存在的杂质，如砷、锑，会提高电 解液的粘度和比重，影响阳极泥的沉降，还会增加它们在阴极析出的机会。总之，铜电解技术条件的控制首先是要保证阳极不钝化，如果出现钝化，则 槽电压猛增，单槽电压可超过IV以上，导致电铜质量和电耗等技术经济指标恶 化。所以只有不发生阳极钝化，才能获得较好的技术经济指标和低的电耗。因此， 在铜电解生产中采取低铜、中酸、低杂质的电解液降低槽电压是有利的。3，电流通过各接触点的电压降这部分电压降主要包括：阳极耳子与槽间导电棒之间的接触点、阴极耳畔与 阴极棒的接触点、阴极棒与槽间导电棒接触点的电压降。接触电压降与接触
7、点的 面积、接触点清洁度等一系列因素有关。由电阻计算公式可知接触点面积越大， 其接触电阻越小，故产生的电压降也越小，反之越大。所以面接触比点接触优越。 当表面不平或被电解液污染时，面接触就变成了点接触，使接触电阻增大。根据 现场实际测量，在阴极棒与槽间导电棒接触点干净时，其电压降仅为15mV，但 在被电解液沾染以后，其接触点电压竞高达170mV，因此说明保持各接触点清 洁干净是十分重要的。这部分电压降可占槽电压的 30%-35%左右，其分布大致 如下：阳极与槽间导电棒：15-50 mV；阴极棒与阴极挂耳之间： 10-30 mV； 阴极棒与槽间导电棒之间： 30-50 mV；此项电压降，可以通过
8、加强槽面操作管理来降低。如新阳极在投槽前，经阳 极加工修板，用钢丝刷刷净导电棒接触点，出装槽后电解液会溅到导电棒上，各 接触点要及时地用水冲洗净，电解工操作应用清水喷洒各接触点等措施，都能起 到良好的作用。4，阴阳极间的电位差从理论上讲，阴极、阳极都是铜，故电极电位应该是相等的。但是由于在电 解的过程中存在着浓差极化，或因阳极铜含杂质过高，出现钝化，以及添加剂的 加入等，均能引起阴阳极电位发生差异。这个电位差其方向与外加电压是相反的。 这项电压一般随电流密度、电解液成分、电解液的温度变化而变化。当电流密度 和电解液中铜离子含量一定时，槽温的作用就非常显著，当温度提高时，可降低 电解液的黏度，增大电解液内铜离子的扩散速度，有助于消除浓差极化。据资料 介绍，温度提高1 C,可降低电耗0.6-1度/吨，因此，一般控制槽温62-65为 宜。此外，在保证阴极铜质量的前提下，尽量减少骨胶的加入量，加强循环量控 制，都能减少极化作用。综上所述，降低槽电压，是降低电耗的潜力所在。因此，应当严格控制电解 液的温度及循环量，搞好电解液的净化，并每天随时观察注意阴阳极各接触点清 洁、光亮与否，加强对阳极板化学成分及物理规格的控制。总之严格按工艺规程 操作，单位电能消耗就一定能达到理想的指标。
