關(guān)于降低鉛電解精煉直流電耗途徑的分析與研究

張亦梟

摘 要：隨著資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，鉛電解精煉直流電耗的控制日漸受到業(yè)界重視，相關(guān)研究也因此大量涌現(xiàn)，基于此，該文就合理控制電解液溫度、合理控制電解液成分、合理控制電流密度、合理選用電解液用添加劑開展了詳細(xì)論述，希望論述內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：鉛電解；直流電耗；電流效率

中圖分類號(hào)：TF812 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，該文選擇了金信公司的電鉛車間作為研究對(duì)象，該車間年產(chǎn)電鉛46488.723 t，且近年來開展了一系列工藝和技術(shù)的改造，包括遠(yuǎn)距離輸送、新水處理改造、全車間循環(huán)水改造、煤改氣技術(shù)改造等，該車間的生產(chǎn)工藝可概括為：“粗鉛→熔煉→除銅→撈錫→鑄型→陽極板→電解→析出鉛→熔煉→鑄型→精鉛”，由此即可較為深入了解該車間的鉛電解精煉生產(chǎn)。

1 合理控制電解液溫度

1.1 電解液溫度影響分析

在電解液成分一定情況下，適當(dāng)提升溫度可有效降低電解液電阻率，陽極析出鉛的表面物理狀態(tài)改善也能夠由此實(shí)現(xiàn)。但值得注意的是，溫度過高的電解液可能導(dǎo)致膠的老化，電流效率降低、鉛晶體狀況變差等問題也會(huì)因此出現(xiàn)，而溫度過低的電解液則會(huì)造成電解槽電壓升高、陰極析出晶體表面粗糙，并最終導(dǎo)致鉛電解精煉生產(chǎn)的電流效率降低、電耗增加，考慮到電解液的溫度直接受到氣溫、成分、電流密度、散熱條件等因素的影響，電解液溫度的控制必須成為鉛電解精煉生產(chǎn)所關(guān)注的重點(diǎn)。

1.2 控制電解液溫度的路徑建議

電解液溫度會(huì)直接影響鉛電解精煉生產(chǎn)的直流電耗，因此公司在電解液溫度合理控制領(lǐng)域投入了較高關(guān)注，并通過實(shí)驗(yàn)明確了電解液溫度和電導(dǎo)率、槽電壓的關(guān)系，其中溫度為30 ℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.47 V、1 360 μS/cm，溫度為35 ℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.44 V、1 262 μS/cm，溫度為40 ℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.43 V、1 168 μS/cm，溫度為45 ℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.41 V、1 091 μS/cm，溫度為48℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.39 V、980 μS/cm，溫度為50℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.38 V、954 μS/cm，溫度為52 ℃時(shí)的槽電壓、電導(dǎo)率分別為0.37 V、890 μS/cm。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，在電解液成分一定的前提下，電解液溫度的升高會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)率降低，槽電壓也會(huì)同時(shí)出現(xiàn)明顯下降，而結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐不難發(fā)現(xiàn)，溫度較高的電解液還會(huì)帶來車間勞動(dòng)條件惡化、電解液蒸發(fā)和損失增加、槽體使用壽命縮短等負(fù)面影響，因此公司最終將電解液溫度由40 ℃～50 ℃提升至48 ℃～50 ℃，鉛電解精煉生產(chǎn)的直流電耗由此得到了進(jìn)一步控制。

2 合理控制電解液成分

2.1 電解液成分組成

電解液的成分可細(xì)分為兩大類，分別為多種電解質(zhì)混合液、骨膠等添加劑，其中電解液電阻率會(huì)直接受到游離的H2SiF6、Pb2+、骨膠分解產(chǎn)物氨基乙酸濃度的影響。在總酸一定的情況下，電解液中電阻率與Pb2+的濃度呈反比，與游離的H2SiF6濃度呈反比，而結(jié)合相關(guān)研究不難發(fā)現(xiàn)，在電解液中游離的H2SiF6濃度一定時(shí)，電解液的電阻率基本不會(huì)受到Pb2+濃度的影響，因此可確定游離的H2SiF6濃度直接影響電解液電阻率，但這種影響會(huì)隨著游離的H2SiF6濃度的提高而不斷降低，此外骨膠的長期使用則會(huì)在一定程度上增加電解液電阻率。因此，電解液中游離氫氟酸濃度過低、游離的H2SiF6濃度過高均會(huì)導(dǎo)致電流效率降低，鉛電解精煉直流電耗自然也會(huì)因此出現(xiàn)一定程度的提升。

2.2 控制電解液成分的路徑建議

為了降低鉛電解精煉直流電耗、合理控制電解液成分，金信公司的電鉛車間首先采用的措施是控制合理的鉛酸比，結(jié)合具體試驗(yàn)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電解液游離酸每提高10 g/L且其他條件不變，直流電耗可實(shí)現(xiàn)2 kWh/tPb～3 kWh/tPb降低，而結(jié)合長期以來的生產(chǎn)實(shí)踐，車間將原110 g/L～120 g/L區(qū)間的H2SiF6濃度提升至120 g/L ～150 g/L，并同時(shí)將Pb2+的濃度控制在90 g/L～130 g/L，鉛電解精煉直流電耗降低、產(chǎn)品質(zhì)量提升均由此得到保障。

3 合理控制電流密度

3.1 電流密度影響分析

3.2 控制電流密度的路徑建議

高電流密度雖然能夠提高鉛的生產(chǎn)率和產(chǎn)量，但同時(shí)導(dǎo)致的電解液電阻率提高卻必須得到重視，而結(jié)合公式（1）不難發(fā)現(xiàn)，電流密度與液電壓成正比，基于該原理，公司采用了一系列控制電流密度的方法，式（1）中的R液、Dk、ρr、L分別為液電阻、電流密度、電阻率、極間距。公司電解槽內(nèi)有效裝片距離、極距原為3 420 mm、95 mm，共由34片陽極、35片陰極組成，而為了合理地控制電流密度，公司在原有基礎(chǔ)上每槽增加1片陽極、1片陰極，電流密度因此從196 A/m2變?yōu)?92 A/m2，每槽液電壓實(shí)現(xiàn)了20 mV的降低，鉛電解精煉生產(chǎn)的直流電耗的降低由此獲得了有力支持。

4 合理選用電解液用添加劑

4.1 電解液用添加劑

為保證析出的鉛光滑致密，電解液中往往需要加入一定添加劑，動(dòng)物膠屬于最為常用的添加劑，但添加劑用量與選擇往往會(huì)直接影響鉛電解精煉直流電耗，一般情況下聯(lián)合添加劑在鉛電解精煉直流電耗控制方面的表現(xiàn)較為優(yōu)秀，陰極結(jié)晶質(zhì)量也能夠得到更好保障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的電解條件改善均需要得到重視。

4.2 合理使用添加劑的路徑建議

為了改善陰極析出鉛的結(jié)晶狀況，一定量的添加劑使用極為重要，上文提及的骨膠便源于鉛電解精煉生產(chǎn)使用的添加劑。在原有的生產(chǎn)工藝中，金信公司電鉛車間的鉛電解精煉生產(chǎn)采用了“骨膠+乙萘酚”的混合添加劑，但在長期使用后，濃度不斷增加的骨膠分解產(chǎn)物氨基乙酸卻會(huì)對(duì)電解液電阻率造成較為深遠(yuǎn)影響，而為了較好地降低鉛電解精煉直流電耗，公司開展了添加劑改型實(shí)驗(yàn)，并由此明確了“植物膠+乙萘酚”“植物膠（多）+骨膠（少）+乙萘酚”“植物膠（少）+骨膠（多）+乙萘酚”“骨膠+乙萘酚”5種添加劑對(duì)電解液電壓、電流效率、陰極結(jié)晶情況造成的影響，而結(jié)合改型實(shí)驗(yàn)，公司最終明確了合理搭配使用植物膠和骨膠的添加劑使用原則，直流電耗降低由此得以實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

綜上所述，降低鉛電解精煉直流電耗具備較高的現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，該文涉及的控制電解液溫度的路徑建議、控制電解液成分的路徑建議等內(nèi)容，提供了可行性較高的降低鉛電解精煉直流電耗的路基，而為了進(jìn)一步降低直流電耗，陽極質(zhì)量的控制、降低鉛電解各接點(diǎn)的電位降同樣需要得到重視。

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