提高電鋅品位的探索與實踐

張紅菊，杜 寧，寇文利

（陜西鋅業有限公司，陜西商洛 726007）

電鋅品級率是鋅冶煉行業的重要指標，是提升企業品牌影響力的決定因素，也直接影響煉鋅企業經濟效益。目前，隨著科學技術的發展，鋅的深加工行業對零號鋅消耗量逐年增加，我國電鋅生產現有技術和裝備可以大量生產零號鋅，各大型煉鋅企業在此基礎上追求更高的含鋅品位，乃至生產高純電鋅，鋅品位的提升有利于市場銷售，具有一定的經濟效益。

陜西鋅業有限公司目前年產電鋅22萬t，2008年將原有的黃鉀鐵礬法工藝改為現有的常規浸出工藝，工藝改型初期，零號鋅品級率一直徘徊在85%～92%，近年來，通過對影響電鋅品位的原因進行調查、分析，并針對性的采取一系列行之有效的措施后，零號鋅品級率有了大幅度提升，已穩定控制在98%～100%。

1 電鋅含雜質分析

1.1 各種雜質的主要來源

實際生產中，影響電鋅質量的主要雜質是鉛、銅、鎘、鐵。鉛主要是電解過程中陽極鉛溶解腐蝕以及原料中的鉛。銅的主要來源是新液中的銅及電解操作過程中電解液的銅污染，新液中的銅、鎘在凈化工序除去，由于銅在凈化工序較易除去，所以陰極鋅中的銅主要來源于電解工序的銅污染。而鎘雖也較易除去，但鎘存在復溶現象，所以合格新液中要求鎘離子合格并無海綿鎘雜質存在。要提高電鋅品位，客觀上從源頭控制，提供合格原料，主觀上加強凈化、特別是電解工序管控。實際生產過程中，主要是控制陰極鋅的鉛、銅，以及加強熔鑄工序的操作管理等。鐵除了陰極鋅鐵影響外，還有熔鑄的爐臺操作、現場管理等方面的影響。

1.2 雜質在陰極上的析出過程

在鋅電解過程中，影響電解正常析出的雜質較多，有些還會在陰極上放電析出，影響析出鋅質量。某些雜質能否在陰極上析出，主要決定于其平衡電勢的大小及其濃度。表1列舉了鋅及常見雜質的標準還原電勢、一般含量及放電最低濃度數據［1］。

表1 雜質離子與鋅同時放電的最低濃度

由表1可見，與鋅相比較正的雜質在陰極上會析出，所以要提高陰極鋅的質量，要降低鋅電解液中的銅離子、鉛離子、鎘離子、鐵離子以及砷、銻、鎳、鈷等其它雜質離子的含量，保證鋅離子的能正常析出的同時，降低析出鋅雜質含量。

1.3 陰極鋅含鉛影響因素

氯對陽極的腐蝕反應：

鉛在陰極上析出：

而在生產實踐中，陽極反應在鉛溶解的同時，在陽極表面上生成了一層二氧化鉛膜而鈍化，同時又有二氧化錳覆蓋，防止了陽極鉛的進一步溶解。因此，減少鉛對陰極鋅質量的影響，主要是減少陽極鉛的溶解和防止電積液中的鉛離子進入陰極。

根據有關資料顯示，電解液中的鉛離子有76.4%進入到陰極，大約70%來自鉛-銀陽極［2］。鉛在陰極鋅中的含量隨電解液溫度的升高而增加；隨電流密度升高而降低［1］。

1.4 陰極鋅含銅影響因素

銅是正電性金屬，會和鋅一起在陰極上析出，其在陰極析出反應式為：

銅亦可與鋅形成微電池使鋅復溶，而析出的銅由于正電性原因不再溶解，從而降低陰極鋅化學質量，嚴重時會造成銅燒板，使鋅反溶，因此電解液中銅的存在既影響鋅的化學成分，又顯著降低電流效率。如前所述，陰極鋅中的銅雜質主要由于電解液銅污染引起的，因此杜絕電解液銅污染是降低陰極鋅含銅的重點。

ICME中的大會報告（plenary lecture）無疑代表著報告人所在國數學教育的最高水平．迄今為止在ICME上做過個人大會報告的中國學者只有華羅庚教授（ICME-4，1980）．本屆大會將邀請具有國內外影響力的中國學者代表中國做大會報告，向世界介紹和展示中國特色數學教育理論和實踐．

1.5 陰極鋅含鐵影響因素

鐵是負電性金屬，析出超電壓較大，一般情況下是不能在陰極上析出的，對陰極鋅的化學質量影響不大。

以硫酸鐵形態存在于硫酸鋅溶液中的三價鐵離子與陰極鋅按下式反應：

可使鋅反溶，自身則被還原成硫酸亞鐵。生成的硫酸亞鐵又在陽極按下式反應：

此反應的結果是硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵，這樣還原、氧化反復進行白白消耗了電能，當含鐵達100 mg／L以上時，析出鋅的質量將有所降低。在熔鑄過程中由于鐵器的使用，并在熔溫較高或長時間保溫的情況下會使鐵元素進入鋅液中，影響鋅錠質量。

2 提高電鋅品位采取的措施

根據實際生產情況及原理分析，提高電鋅品位關鍵是降低鉛、銅、鐵、鎘雜質，除加強溶液深度凈化的操作外，還采取了下列多項措施：

2.1 降低電鋅中鉛含量

1.加強過程控制，保障系統錳含量：溶液中錳離子來源有兩個方面，一方面是原料中鐵含量高，二氧化錳的大量加入引入；另一方面是系統錳含量低，需外加碳酸錳或者硫酸錳進行補充。當電解液中Mn2+＜2 g／L時，陽極析出的MnO2松散，不能粘附在陽極表面，當電解液中Mn2+在2～3 g／L時之間時，析出的MnO2開始粘附在陽極表面，且Mn離子濃度越高，粘附的MnO2越多［1］。溶液中錳離子過高，溶液粘稠，影響電流效率，因此在實際生產中，大多數企業控制新液中錳含量為3～5 g／L。陜西鋅業有限公司在工藝改型初期，由于系統錳貧化，發生一起由于鉛超標的嚴重質量事故，為了保障系統錳含量，該公司新建了碳酸錳連續漿化系統，采用均勻連續補充碳酸錳方法，補充系統錳損失，保障電解液錳含量，降低電鋅含鉛。由于目前產量擴大，新液體積用量大，增加了錳的化驗頻次，由原來的一周一次到現在的每天一次，杜絕了由于錳貧化造成的質量影響。

2.降低系統中氯離子：由于所用原料的復雜性，造成系統氯含量偏高，極大程度地造成陽極板腐蝕，直接導致陰極鋅含鉛高，為此，增加了銅渣脫氯濕法脫氯工藝，使含氯高的液體如萃余液、氧化鋅高氯浸出液經銅渣脫氯后再進入浸出工序，脫氯工藝運行后，電解液中的氯離子含量由原來的1 000 mg／L以上，降為現在的500 mg／L以內，氯離子得到穩定控制，取得了良好效果，解決了由于氯離子腐蝕陽極板影響的電鋅含鉛高問題。

3.新陽極板的投入及質量要求：在電解生產過程中，新陽極板需要定期定量補充，為了保障析出鋅質量，在新陽極板投入使用前，采用新陽極板鍍膜技術。鍍膜過程使新陽極板表面生成了PbO保護膜，防止陽極腐蝕，鍍膜時的技術條件：溶液含酸（H2SO4）25～30 g／L，溫度20～30℃，鍍膜時間24 h。

在陽極板的質量上提高陽極制作工藝，含銀嚴格控制在0.85%～0.95%，尤其是陽極板回用要保障含銀量，使陽極板既降低銀成本又使陽極板的硬度達到使用要求。

4.添加劑合理選用與添加：為了減少電解液中的鉛離子在陰極析出，各煉鋅廠采用向電積液中添加碳酸鍶降低溶液中的鉛離子，碳酸鍶的碳酸根離子與溶液中的鉛離子反應生成難溶硫酸鍶與溶液中的鉛一起形成類質同晶共同沉淀［1］，從而降低溶液中的鉛。由于碳酸鍶的過量加入量與溶液的粘稠度有關，過量加入影響電流效率，但加入量過少，影響陰極鋅質量，該公司經過多年實際生產經驗總結，并綜合考慮電效及電鋅質量，目前碳酸鍶的加入，是通過小攪拌罐攪拌溶解后均勻連續加入，其正常加入量按噸鋅3.0 kg控制。

2.2 降低電鋅中銅含量

降低電鋅含銅，一方面是在凈化過程中控制新液含銅小于0.000 2 g／L，另一方面是加強電解槽面管理，防止含銅物料進入電解槽污染電解液。公司根據實際情況，針對性采取了一系列措施：

1.由于出裝槽操作空間受限，操作人員流動及操作技能薄弱等原因影響，操作過程中采用防腐材料遮蓋銅中間板，防止出裝槽時“淋酸”到導電頭或導電棒上。

2.嚴格要求蒸吹導電頭，出裝槽時擦洗導電頭、導電棒，及時更換燙洗槽用水，保持其光亮，并對發黑的必須及時清理和更換。

3.在處理由于陽極泥厚而造成連電的極板時，用廢舊濾布鋪在電解槽上，防止陽極泥灑落在槽面或掉進電解槽中。

4.要求陽極板銅棒“包錫”完整，嚴謹“炸頭”和“漏銅”陽極板入槽。

5.將連電板、碎鋅粒或碎鋅豆單獨堆放，由于這部分鋅片含雜較高，入爐時需均勻搭配。

6.為了提高析出鋅質量及產量，制定了相應的周期管理制度，根據實際情況，周期清理為35～40 d，清理時力求不破壞陽極表面的氧化膜。

2.3 降低電鋅中鐵含量

電鋅中鐵含量與析出鋅熔鑄的操作與管理密切相關，主要通過以下幾個方面的措施：

1.析出鋅入爐時，不得夾雜鉛、銅、鐵等雜物，碎鋅粒、碎鋅豆以及球磨浮渣與陰極鋅片按照理論計算量，均勻搭配。

2.嚴格控制熔鑄工序操作及現場管理，避免使用鐵制工具，嚴禁爐臺存有鐵絲等鐵料物，杜絕鐵質工具和機件掉入熔爐內。

3.加強浸出液的凈化除鐵，降低電解液溫度是消除鐵對電解過程危害的有效措施，公司生產過程電解液中含鐵量小于20 mg／L。

2.4 其它方面控制

加強浸出工序及深度凈化操作，確保 As、Sb、Ge、Co含量在指標范圍內，雖然該類雜質不會在陰極析出，但會影響陰極鋅正常析出，其在電解過程中危害很大，引起嚴重“燒板”發生，會間接導致析出鋅質量滑坡。實際生產中，嚴格控制新液中砷、銻不得超過 0.08 mg／L，鍺的含量不超過 0.05 mg／L。

除此之外，還要加強系統中的有機物控制，包括浸出過程引入的凝聚劑、銦回收過程中的溶劑煤油以及鈷回收過程中的新型凈化劑等有機物。2018年電解液嚴重惡化，電解析出異常，導致析出鋅質量直線下滑、直流電單耗增加，公司采取緊急措施，在凈化三段后加入活性炭吸附有機物，電解析出明顯改觀，取得了良好效果。

3 結 語

1.通過以上分析與探討，各種雜質在電積過程中的行為是很復雜的，因此，各煉鋅廠都在研究深度凈化的工藝和操作條件，提高電解鋅的質量，以改善電積過程的各項技術經濟指標。

2.要提高鋅錠品級率，提供合格原料是主要條件，而電解工序、熔鑄工序嚴格操作管理最為關鍵，在生產實踐中，常常由于電解液中含有某些雜質嚴重影響陰極鋅的質量，從而影響鋅錠品級率。

3.通過以上措施的實施，電鋅品位取得了很大提升，效果顯著，電鋅含鉛已由原來的0.002 8%降為0.002 0%左右，含銅、鐵指標均同步穩定降低，取得了良好的經濟效益。