鉛電解工藝中如何提升電效

王占全，楚建偉

（青海西豫有色金屬有限公司，青海 格爾木 816099）

某鉛鋅冶煉廠的電鉛生產(chǎn)車間建設(shè)于2005年，該車間的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為生產(chǎn)精鉛3萬噸/年。該車間經(jīng)過3年建設(shè)調(diào)試，在2008年末正式投產(chǎn)。在該車間送電2個(gè)月之后所測(cè)電流效率達(dá)到了95%，為了進(jìn)一步提升電流效率，該車間加強(qiáng)各方面的管理力度，爭(zhēng)取將電流效率提升到96%以上。

1 鉛電解工藝中電流效率影響因素

鉛電解工藝生產(chǎn)中，電流效率是其中非常關(guān)鍵的工藝參數(shù)，直接決定了企業(yè)的生產(chǎn)效益。電解生產(chǎn)中實(shí)際析出量與理論析出量?jī)烧咧g的比值稱為電流效率，可以看出電流效率越高表明電解工藝越好，企業(yè)效益越優(yōu)[1]。電流效率η可以用如下公式進(jìn)行表示：

η=Q/3.863ITN

其中，Q和I分別表示陰極實(shí)際析出量以及電解時(shí)的電流大小；3.865表示與鉛元素相關(guān)的常量；T表示通電時(shí)間，單位為h；N表示開動(dòng)槽數(shù)。

基于上式可以看出，對(duì)電流效率產(chǎn)生影響的技術(shù)參數(shù)主要包括開動(dòng)槽數(shù)、電解電流大小、通電時(shí)間和實(shí)際析出量。導(dǎo)致實(shí)際析出量無法達(dá)到理論析出量的原因在于實(shí)力生產(chǎn)中會(huì)存在副反應(yīng)，電流存在斷路、短路、漏電等問題，使得電能無法得到全部利用[2]。正是由于受到多種因素的影響，所以電流效率無法達(dá)到100%，正常情況下鉛電解電流效率維持在95%～97%范圍。

1.1 短路、斷路方面的影響

很多原因會(huì)造成電極短路，例如出鉛結(jié)晶較差、長(zhǎng)粒子等等，而斷路則主要是由于電極析出鉛和導(dǎo)電棒接觸不良所形成的。造成短路和斷路情況是多方面因素造成的，例如在鉛電解生產(chǎn)管理中操作人員素質(zhì)較差、責(zé)任心不足、每道工序之間的協(xié)調(diào)等等。

通過相應(yīng)的調(diào)查可知，該車間電流效率受到短路和斷路的影響達(dá)到20%～30%，主要原因就是電解槽內(nèi)部陰陽極相接塊數(shù)較多。在陽極鉛生產(chǎn)過程中大部分都不滿足電解下槽要求，具有非常嚴(yán)重的飛邊毛刺[3]。另外，陰極生產(chǎn)方面也存在著質(zhì)量問題，例如始極片鉛發(fā)生比較嚴(yán)重的傾斜，同時(shí)裝槽質(zhì)量也較差就容易引發(fā)短路以及斷路的問題。

1.2 漏電方面的影響

電解漏電主要包括如下幾方面的問題：

第一，電解槽和大地絕緣不良所形成的漏電；

第二，因?yàn)殡娊庖貉h(huán)屬于閉路系統(tǒng)，在電解槽和電解液循環(huán)低位槽之間會(huì)形成比較大的電壓降，這就容易造成循環(huán)低位槽和大地絕緣較差而發(fā)生漏電問題；

第三，因?yàn)殡娊獠墼O(shè)置過程中所形成的槽數(shù)串聯(lián)形式造成不同槽之間形成非常大的電壓降，此種電壓降由于串聯(lián)列槽式而引發(fā)漏電；

第四，輸電路線也會(huì)對(duì)地所造成漏電。

1.3 作業(yè)周期和化學(xué)溶解的影響

鉛具有非常強(qiáng)的活動(dòng)，在鉛生產(chǎn)過程中無法按照正常生產(chǎn)周期實(shí)施裝出槽，很難避免裝入的陰極鉛會(huì)長(zhǎng)時(shí)間浸泡在電解槽當(dāng)中，這就大大增加了陰極鉛的返溶，嚴(yán)重情況下會(huì)造成陰極析出速度和化學(xué)溶解速度之間的短時(shí)間平衡，從而造成所輸出到電解槽當(dāng)中的直流電做較大的無用功，嚴(yán)重浪費(fèi)了電能。

1.4 副反應(yīng)的影響

所謂的副反應(yīng)是指并非想要的化學(xué)反應(yīng)，會(huì)消耗一部分電能，從而限制電流效率的提升。

除上述原因外，電流效率還受電流密度大小影響，具體影響規(guī)律如圖1所示。

2 鉛電解工藝中電流效率提升措施

2.1 避免出現(xiàn)短路

首先，電解時(shí)的電流狀態(tài)對(duì)鉛結(jié)晶狀態(tài)有直接影響，正常情況下鉛結(jié)晶時(shí)處于平滑致密狀態(tài)，順著陰極長(zhǎng)度方向具有非常顯著的紋路，寬度保持在1mm～1.5mm范圍內(nèi)。鉛結(jié)晶狀態(tài)影響因素是多方面的，主要包括循環(huán)速度、添加劑類型、電解液溫度等。為了有效控制鉛結(jié)晶狀態(tài)，需要控制具體參數(shù)如下表1所示。

圖1 電流效率隨電流密度的演變曲線

表1 析出鉛結(jié)晶控制指標(biāo)

根據(jù)表1所述的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制可以得到較為理想的鉛結(jié)晶狀態(tài)，可有效避免毛刺狀及樹狀結(jié)晶的形成。

第二，避免出現(xiàn)長(zhǎng)徑比較大的鉛粒子。影響鉛粒子長(zhǎng)徑比的因素主要包括鉛的結(jié)晶狀態(tài)、陽極泥附著情況、電力線布置特征等。在實(shí)際操作過程中可以通過如下幾種方式對(duì)鉛粒子的長(zhǎng)徑比進(jìn)行控制：

（1）可通過對(duì)陰極和陽極表面平整性進(jìn)行控制、對(duì)入槽陰極和陽極位置進(jìn)行調(diào)整、嚴(yán)格控制殘極率、第一時(shí)間撈出掉極等等方式，能夠有效降低電力線分布不均所造成的長(zhǎng)粒子量。

（2）要對(duì)陽極的化學(xué)成分進(jìn)行有效控制，要確保Pb＞98.5%、Sb在0.4%～0.6%，要最大程度降低雜質(zhì)的含量，同時(shí)要控制循環(huán)速度在30～38l/min范圍內(nèi)，通過這些措施能夠防止陽極泥粒子的形成[4]。

利用上述措施可以大大降低短路發(fā)生的概率，但是一旦產(chǎn)生了短路問題可以通過下表所示的相應(yīng)方式進(jìn)行處理。

2.2 避免斷路情況的產(chǎn)生

可以采取如下幾種方式控制極板發(fā)生斷路的情況，避免其產(chǎn)生涼燒的問題。

第一，在進(jìn)行陰極制作時(shí)，要增強(qiáng)導(dǎo)電棒的清洗，要嚴(yán)格控制酸度以及光棒機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，至少達(dá)到20min。同時(shí)要對(duì)光棒后導(dǎo)電棒上的稻殼進(jìn)行仔細(xì)清理，要將其表面的氧化膜完全清理干凈，同時(shí)也要確保不存在破碎稻殼粘附在表面。第二，裝槽過程中一定要確保導(dǎo)電銅排的有效性，務(wù)必要將其表面擦出本色，同時(shí)要在其表面涂有適量甘油，以此來降低導(dǎo)電棒的氧化反應(yīng)，確保其導(dǎo)電性滿足實(shí)際使用需要；第三，如果手模發(fā)生短路，則需要對(duì)其溫度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)陰極溫度較低的情況，必須立即采取措施處理，防止出現(xiàn)涼燒的情況。

2.3 降低Fe離子的量，防止氫的析出

對(duì)于鉛電解的工藝來說，其在正常運(yùn)行情況下并不會(huì)造成氫的析出。在活法冶煉過程中已經(jīng)將大多數(shù)Fe離子去除掉，即使存在一定量Fe離子進(jìn)入到了陽極電解液中也并不會(huì)產(chǎn)生析出的情況。但是Fe離子具有較強(qiáng)的活躍性，其會(huì)在陰陽極二三價(jià)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，該反應(yīng)會(huì)消耗大量電能，從而限制電流效率的提升。基于此，在實(shí)踐生產(chǎn)中必須對(duì)電解液中的Fe離子含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，通常不得超過3g/L。

2.4 避免出現(xiàn)化學(xué)溶解

所謂化學(xué)溶解就是指已經(jīng)析出的鉛和酸發(fā)生反應(yīng)的過程，為了有效降低陰極的化學(xué)溶解情況，需要控制電解液處于合適的溫度（一般在38℃～45℃范圍內(nèi)），同時(shí)也要控制游離酸以及鉛離子的濃度，一般電解液Pb2+100～135g/L；H2SiF690～120g/L。

2.5 降低漏電損失的發(fā)生

要確保良好的絕緣性能，這是降低漏電損失的根本，一般可以在槽體下部墊瓷磚，并且在管線和支座的連接位置鋪設(shè)軟聚氯乙烯。雖然具有較好的絕緣條件，但在生產(chǎn)過程中電解液粘附在上述零部件表面，或多或少會(huì)造成漏電現(xiàn)象。所以需要在最大限度上提升生產(chǎn)區(qū)域的干燥性，并且對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)全面檢查，防止出現(xiàn)漏液?jiǎn)栴}。

2.6 對(duì)電流密度進(jìn)行優(yōu)化

電解生產(chǎn)中電流密度是極為關(guān)鍵的工藝參數(shù)，稍微提高電流密度能夠在一定程度上細(xì)化鉛結(jié)晶狀態(tài)，從而提升電解效果。但如果電流密度過大，會(huì)使得陰極附近的鉛離子下降速度顯著提升，造成的后果就是結(jié)晶持續(xù)向外部延伸，最終得到毛刺狀或者樹枝狀的結(jié)晶狀態(tài)，進(jìn)而加大出現(xiàn)短路問題的概率。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，電流密度控制在180A/m2～200A/m2范圍內(nèi)可以獲得比較高的電流效率。

利用有效的工藝條件控制以及嚴(yán)格的操作方式能夠大大提升鉛生產(chǎn)的電流效率，能夠使其穩(wěn)定上升，具體情況如圖2計(jì)劃。

圖2 電流效率圖

3 結(jié)語

雖然該電鉛生產(chǎn)車間經(jīng)過一些列有效措施確保了電流效率具有穩(wěn)定的提升，并且保持著工藝的穩(wěn)定性，但是相對(duì)于國(guó)外較好的電流效率（98%）還具有較大的差距。這就需要后續(xù)要更加深入分析研究，增強(qiáng)管理水平，進(jìn)一步提升電流效率，保證鉛電解的順利實(shí)施。