鋅電積過程中陽極板報(bào)廢的原因及改進(jìn)措施

倪恒發(fā)，尹榮花，紀(jì)昌磊

(河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟(jì)源 454650)

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鋅電積過程中陽極板報(bào)廢的原因及改進(jìn)措施

倪恒發(fā)，尹榮花，紀(jì)昌磊

(河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟(jì)源 454650)

陽極板消耗直接影響電解鋅的生產(chǎn)成本，對(duì)鋅錠質(zhì)量也有一定影響。本文分析了鋅電解過程所使用陽極板報(bào)廢的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，進(jìn)而降低陽極板的消耗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

鋅電解； 陽極板； 改進(jìn)措施

鋅電積是在硫酸鋅和硫酸的水溶液中，用鉛合金作陽極、純鋁板作陰極并聯(lián)懸掛在電解槽中，在直流電的作用下在陰極析出鋅，陽極放出氧氣的過程。目前陽極板的材質(zhì)主要有鉛銀二元合金、鉛銀鈣三元合金和鉛銀鈣鍶四元合金等。某鋅電積系統(tǒng)年產(chǎn)陰極鋅12萬t，電解周期為24 h，使用純鋁作陰極、有效面積為1.6 m2，采用鉛銀二元合金作陽極，尺寸為1 080×850×7 mm，合金含銀0.5%～0.95%，使用壽命一般為15個(gè)月到22個(gè)月，短的僅為6個(gè)月。陽極壽命的長(zhǎng)短不僅嚴(yán)重影響電解鋅的生產(chǎn)成本，對(duì)電解鋅質(zhì)量也有較明顯的影響。本文通過分析陽極板報(bào)廢的原因，并采取相應(yīng)措施加以改進(jìn)，達(dá)到降低成本和提高鋅錠質(zhì)量的目的。

1 鋅電積的陽極過程

鋅電積陽極過程的結(jié)果是氧氣的析出和電解液酸度的增加。主要反應(yīng)式:

2H2O -4e→O2↑+4H+

(1)

電解過程中大部分氧氣析出后從電解液溢出，形成酸霧。一部分氧氣與電解液中的硫酸錳反應(yīng)，使電解液的錳離子降低。少部分的氧氣與鉛陽極板表面作用生成二氧化鉛，保護(hù)陽極不受腐蝕。

根據(jù)陽極放電反應(yīng)的先后次序，在陽極表面首先是鉛的溶解，為防止鉛進(jìn)一步溶解，生產(chǎn)中要求新陽極板在投入使用前應(yīng)在酸度為70～80 g/L、含鋅40～50 g/L、電流密度為30 A/m2的條件下鍍膜24 h。鍍膜過程中陽極板上的鉛溶解形成硫酸鉛覆蓋在陽極板表面，其中一部分硫酸鉛溶于硫酸鋅電解液。未被硫酸鉛覆蓋的陽極板表面上的鉛氧化為二氧化鉛，待在陽極板表面形成一層致密的棕褐色PbO2薄膜后，即進(jìn)入正常的陽極反應(yīng)。

電解液中氯離子的存在，也會(huì)縮短陽極的壽命，電解液中氯離子含量一般在300～500 mg/L，氯離子在陽極氧化成氯酸鹽，嚴(yán)重腐蝕陽極,增加溶液中的鉛含量。反應(yīng)式如下：

(2)

陽極板表面PbO2的脫落以及鉛反應(yīng)生成硫酸鉛，這些都使少量的鉛進(jìn)入溶液或陽極泥中，造成鉛的損失，也縮短了陽極板的使用壽命。

2 陽極板報(bào)廢的現(xiàn)象及原因

2.1 陽極板的結(jié)構(gòu)

陽極板由陽極板面和導(dǎo)電梁組成。導(dǎo)電梁由導(dǎo)電棒經(jīng)酸洗、掛錫、包鑄鉛等步驟制作而成。陽極板面由鉛銀合金經(jīng)熔鑄、軋制、剪板、沖孔等步驟制作而成。導(dǎo)電棒的材質(zhì)為紫銅，為使陽極板與銅棒接觸良好，銅棒經(jīng)過酸洗、包錫后再包鑄在純鉛中。導(dǎo)電梁與板面焊接做成成品陽極板。導(dǎo)電棒包鑄鉛時(shí)僅露出導(dǎo)電棒一端的銅導(dǎo)電頭，這樣可避免銅被腐蝕生成硫酸銅，進(jìn)入電解槽而污染電解液。陽極板的兩個(gè)側(cè)邊裝有絕緣條，可加強(qiáng)極板的強(qiáng)度，防止極板間接觸短路。陽極板上的一些小圓孔，可減輕陽極板的重量及改善電解液循環(huán)。陽極板結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

1-導(dǎo)電頭；2-導(dǎo)電棒；3-吊裝孔；4-極板板面；5-小孔(減輕極板重量)；6-絕緣條圖1 陽極板結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 陽極板報(bào)廢的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2013年1～5月共抽查統(tǒng)計(jì)報(bào)廢的陽極板500張，其中陽極板板面變薄為255張，比例為51%；導(dǎo)電頭缺陷、導(dǎo)電不良為80張，比例為16%；液面線位置處板面腐蝕嚴(yán)重與導(dǎo)電梁分離斷裂77張，比例為15.4%；板梁破損出現(xiàn)孔洞漏銅65張，比例為13%；陽極板面出現(xiàn)穿孔、缺角爛邊共23張，比例為4.6%。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，前四種所占比例較大，是影響陽極板報(bào)廢的主要原因。

2.3 陽極板報(bào)廢的現(xiàn)象及原因

(1) 陽極板板面變薄。從鋅電積的陽極反應(yīng)過程可以看出，陽極板表面有少量的鉛被硫酸鋅電解液中的氯離子溶解進(jìn)入硫酸鋅電解液中，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，板面被腐蝕逐漸變薄，當(dāng)板面厚度過低時(shí)再繼續(xù)使用，將會(huì)影響析出鋅直流電單耗，在厚度低于5mm時(shí)按正常周期報(bào)廢，更換新陽極板。

(2) 導(dǎo)電頭缺陷導(dǎo)電不良。主要為導(dǎo)電頭處露出的銅部分過短或?qū)щ婎^下表面不平整，在搭接在槽間銅排上時(shí)，與槽間銅排接觸不良，影響導(dǎo)電性能，進(jìn)而使銅排發(fā)熱氧化，銅排的壽命降低、析出鋅含銅和直流電單耗升高。導(dǎo)電頭缺陷的陽極板也進(jìn)行了報(bào)廢處理。導(dǎo)電頭處露出銅部分偏短是模具設(shè)計(jì)問題，導(dǎo)電頭不平整為銅棒循環(huán)使用次數(shù)多引起。

(3) 陽極板液面線腐蝕嚴(yán)重，與導(dǎo)電梁斷裂分離。由于設(shè)計(jì)的缺陷，導(dǎo)電梁與板面的焊接的焊縫位置在電解液的液面線下面，即陽極板的液面線位置在導(dǎo)電梁上，導(dǎo)電梁所包鑄為純鉛材質(zhì)。用純鉛作陽極進(jìn)行電解時(shí)，板面上形成的二氧化鉛膜較疏松且耐腐蝕性差，鉛合金作陽極進(jìn)行電解時(shí)形成的二氧化鉛膜致密、耐腐蝕性較好。同時(shí)由于純鉛部分在空氣和電解液液面上，電解時(shí)放出的氧氣和氯氣也加重了腐蝕。從抽查的報(bào)廢極板看，陽極板的液面線位置均有不同程度的腐蝕，隨著使用周期的延長(zhǎng)，腐蝕加劇斷裂。

(4) 板梁破損出現(xiàn)孔洞，導(dǎo)致漏銅。電解過程出裝槽時(shí)，吊陰極的吊鉤極易碰撞陽極板導(dǎo)電梁，產(chǎn)生火花，使陽極板梁純鉛軟化。長(zhǎng)期的碰撞接觸致包鉛破裂，導(dǎo)電梁出現(xiàn)孔洞，所包銅棒露出，與電解產(chǎn)生的酸霧接觸，使銅棒腐蝕形成銅綠，引起導(dǎo)電棒損壞、析出鋅含銅升高，為避免析出鋅含銅升高，當(dāng)漏銅面積較大時(shí)陽極板做報(bào)廢處理。

(5) 陽極板面出現(xiàn)穿孔，缺角爛邊等，為連電擊穿或操作引起。

3 改進(jìn)措施

(1) 控制電解液成分，嚴(yán)格鍍膜制度，減緩板面被腐蝕的速度。

從鋅電積的陽極反應(yīng)過程看，電解液中的氯離子影響較大，一是通過前道工序的控制，降低電解液氯離子含量；二是穩(wěn)定電解液錳離子含量，當(dāng)有二氧化錳存在時(shí)可抑制氯離子的有害作用。反應(yīng)式為：

(3)

通過降低氯離子含量和穩(wěn)定錳離子含量可減緩陽極板面被腐蝕的速度，延長(zhǎng)陽極板壽命。

生產(chǎn)過程中一般控制電解液中氯離子含量小于400 mg/L、錳離子含量3～5 g/L；同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行陽極板裝槽前的鍍膜制度，使新陽極板的表面形成致密的PbO2層，再投入正常的電解。

(2) 改進(jìn)導(dǎo)電頭包鉛的設(shè)計(jì)和合理報(bào)廢導(dǎo)電棒，解決導(dǎo)電不良問題。

一是通過改進(jìn)模具設(shè)計(jì)，在包鉛時(shí)使導(dǎo)電銅頭露出部分與鉛接觸成斜角，并把原模具露銅高度由(1～2)mm延長(zhǎng)到(3～4)mm，避免了使用過程中鉛軟化下延引起的接觸不良現(xiàn)象；二是設(shè)定導(dǎo)電銅棒合理的報(bào)廢周期，避免過度使用導(dǎo)致的導(dǎo)電頭接觸面不平整，原來為四個(gè)導(dǎo)電面輪換使用結(jié)束才可更換，改為除正常的包鑄鉛前平整和清理導(dǎo)電頭的工作外，增加銅棒接觸位置平整情況自檢和抽檢的方式，避免了不平整導(dǎo)電棒的重復(fù)使用，導(dǎo)電頭缺陷引起的接觸不良現(xiàn)象明顯減少。導(dǎo)電頭改造前后如圖2。

(3)改變板面液面線位置的材質(zhì)，解決腐蝕斷裂問題。

措施一：采取15～20 cm寬的稀土耐腐蝕合金板代替現(xiàn)有液面線位置15～20 cm板面，修復(fù)陽極板面較厚的報(bào)廢陽極板。措施二：更換導(dǎo)電梁制作模具，并把鉛銀合金板面延長(zhǎng)，讓電解液面處在鉛銀合金板的位置，即焊縫在析出線的上邊，本公司另一系統(tǒng)的陽極板焊縫位置在電解液面的上邊，由于液面線位置為鉛銀合金，無該位置的腐蝕現(xiàn)象。改造前后對(duì)比示意圖(加粗黑實(shí)線為焊縫位置)如圖3。

圖2 導(dǎo)電頭改造前后示意圖

(4) 增加塑料絕緣夾，避免碰撞引起的板梁破損。使用寬度120 mm的U型塑料絕緣夾，夾在陽極板橫梁吊鉤經(jīng)常碰撞的位置，避免了出裝槽過程陰陽極碰撞產(chǎn)生的火花，措施實(shí)施后橫梁破損出現(xiàn)孔洞引起漏銅的情況明顯減少。

圖3 陽極板焊縫位置改造前后對(duì)比示意圖

4 結(jié)束語

(1) 改進(jìn)措施實(shí)施后，對(duì)報(bào)廢的陽極板和槽上的陽極板進(jìn)行檢查，修復(fù)板和改造模具投入的新陽極板，陽極板電解液面位置均沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。80%左右為板面變薄，極板壽命由平均18個(gè)月提高至24個(gè)月以上，單耗由原來的0.12片/t-析出鋅降至0.09片/t-析出鋅，鋅錠含鉛穩(wěn)定在0.0018%以下、含銅穩(wěn)定在0.000 6%以下。

(2) 從鋅電解過程陽極板報(bào)廢原因看，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮析出線位置的材質(zhì)和導(dǎo)電頭露出銅的長(zhǎng)度，避免陽極板電解液面線位置的斷裂以及導(dǎo)電頭和銅排的接觸不良現(xiàn)象。

Causes of anode plate scrap in zinc electrowinning process and its improvement measures

NI Heng-fa,YIN Rong-hua,JI Chang-lei

The anode plant consumption directly affects production cost of electrolytic zinc,to a lesser extent,quality of zinc ingot.The causes of anode plate scrap in zinc electrowinning was analyzed,and the corresponding measures were put forward to reduce the consumption of anode plate and to steady the production quality.

zinc electrowinning; anode plate; improvement measures

倪恒發(fā)(1968—)，江西九江人，工程師，主要從事濕法冶煉方面的技術(shù)工作。

2014-02-06

TF813

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1672-6103(2015)01-0024-03