高密度下铅电解降低直流电耗的生产实践

高电流密度下铅电解降低直流电耗的生产实践
豫光金铅股份公司精炼厂王付敏
摘要：分析铅电解过程中影响直流电耗的因素，提出降低直流电耗的方法。

关键词：铅电解槽电压直流电耗电流效率
豫光金铅股份公司精炼厂是我国最大的电解铅生产基地，电解铅生产能力为年产31万吨。

铅电解精炼采用柏滋电解法，电耗较高。

2001年以来，该公司逐步扩大生产规模，降低成本，采用高电流密度进行铅电解生产。

由于电流密度升高会生成电解直流电耗上升，因此降低铅直流电耗成为铅电解生产中节能降耗的首要办法。

一、影响铅电解直流电耗的因素
铅电解精炼的直流电耗是铅电解的重要经济指标，它是指单位析出铅重量所消耗的能量，它综合反映了电解技术经济水平，其公式如下：W=（100×V）/（η×3.865） (1)
式中w：一吨析出铅的直流电耗
V：槽电压（V）
η：电流效率（%）
由（1）式可以看出，铅的直流电耗取决于槽电压和电流效率，电压越高或电流效率越低则电耗越大，生产中电流效率一般可控制在96.5～97%之间，波动范围不大，而槽电压因受电解液成份，电解液温度、极距、添加剂、电流密度、阳极泥层厚度、各接触点电压等因素影响，波动较大，铅电解过程中槽电压的分布情况如表1：
铅电解精炼的槽电压分布情况（表1）
从表1中可以看出，要降低槽电压，应从降低电解液电位降、各接触点电位降以及阳极泥层与浓差极化电位降等方面采取措施。

二、降低高电流密度铅电解的生产实践
2.1 采取措施
2.1.1降低电解液的电位降的措施
2.1.1.1控制合理的铅酸比
电解液的比电阻与电解液的成份有关，电解液比电阻随游离H2SiF6浓度的增加和硅氟酸铅浓度的降低而降低。

本厂多年来的生产实践表明，高电流密度生产铅电解液H2SiF6控制在125 g/l以上，pb2+控制在90～130 g/l范围内效果较好。

2.1.1.2降低电解液中杂质含量
铅的电解过程中，要求电解液有高的纯净度，但由于电解液的长期使用，其中杂质元素的含量升高，易使电解液比电阻升高，表2中列出了Fe、Zn等杂质对电解液比电阻的影响。

从表2中可知，随着杂质浓度的升高，电解液的比电阻增大。

生产中Fe、
Zn杂质的除去主要在溶析过程中，采取延长熔铅锅操作时间，加辅料如松香或焦粉等造渣措施。

2.1.1.3 合理加入添加剂
铅电解精炼过程中，需加入一定量的添加剂，以改善阴极析出铅的结晶状况，我厂铅电解原使用的添加剂为骨胶和乙萘酚的联合添加剂，电解液经长期使用和过量加入骨胶后，骨胶的分解产物氨基乙酸浓度增加，它对电解液的比电阻影响很大，可增加0.7～1倍，生产中合理加入添加剂至关重要。

使用添加剂要注意，骨胶内乙萘酚的比例关系。

高骨胶低乙萘酚和高乙萘酚低骨胶都可能获得良好的结晶，不同的条件比例关系有一定差异。

我厂选用的一般为低乙萘酚高骨胶型。

同时本厂为降低骨胶的分解产物氨基乙酸的浓度，采用田菁胶取代部分骨胶，取得了良好的效果。

骨胶用量一般控制在每吨析出铅在0.36～0.65kg之间，这主要与电解液成份及温度有关。

表3中为电解液中H2SiF6为120g/l，温度为48℃，电流密度为196A/m2。

电耗与骨胶加入量的关系见表3。

直流电耗与骨胶加入量的关系（表3）
从表3中可看出，在相同的H2SiF6、电解液温度、阴极电流密度情况下合理加入骨胶量减少骨胶的分解产物氨基乙酸的浓度是降低电解液电位降的重要方法。

2.1.1.4 提高电解液温度，合理控制
提高电解液温度可使溶液的粘度降低，悬浮的阳极泥易沉降，离子扩散速度加快，减缓浓差极化，从而改善溶液的导电性能，降低电解液的比电阻。

铅电解液比电阻与温度的关系见表4
电解液比电阻与温度的关系（表4）
从表4中可知，当电解液成份一定时，电解液的比电阻随电解液温度的升高而降低。

高电流密度和高电解液温度情况下，只要有合理的添加剂量，对阴极的结晶状况影响不大，但可获得较低的电流电耗，我厂生产中，为获得较致密的结晶，不同温度下吨铅胶量变化如下图，电流密度=196A/m 2，H 2SiF 6=120 g/l ，SiF 62-=210 g/l.
0.36
0.420.480.540.6
0.66404244
46
48
50
电解液温度t
吨析铅胶量k g /t p b
从图中可知，随着电解液温度升高，每吨析出铅的胶量明显上升，但温度升高以后，槽电压也会明显下降。

当合理加入胶量，同样也能获得较低的直流电耗，本厂几年来的生产实践数据见表5，电流密度=191A/m 2，H 2SiF 6=110 g/l ，SiF 62-=210 g/l 。

电解液温度、胶量、直流电耗关系（表5）
从表5中可知，当电解液温度控制48℃左右时，合理增加胶量，对降低电解液比电阻，直流电耗也有明显影响。

本厂电解槽内衬PE塑料，温度对电解槽等设备影响不大，因此本厂电解液温度一般控制在47～49℃之间。

2.1.1.5合理降低电流密度
虽然高电流密度可以提高铅的产量，提高生产率。

但提高电流密度，会使电解液的比电阻增加，槽间液电阻增加。

其公式如下：
R液=D k/1000×ρr×L (2)
式中R液为液电阻D k为电流密度ρr为比电阻L为极间距
由（2）式可知电流密度与液电压成正比。

如果采取合理的方法，可以明显降低槽电压，降低直流电耗。

我厂的电解槽内有效装片距离为3420mm,极距为95mm，原来设计为34片阳极，35片阴极，经过计算，我厂在原来基础上，每槽增加一片阳极、一片阴极，使我厂的电流密度从196A/m2降低为192 A/m2，每槽液电压降低了20mv左右，而在设备改造中，我厂只将原来出槽大架进行了加钩改造和残极洗刷机加刷改造，取得了良好的效果。

其次，我厂还合理提高液面，增加电解的有效面积，从而降低电流密度。

此外，我厂从工艺细节入手，解决槽面垫砖跑偏现象，杜绝阴阳极正对面不足现象，有效地降低了铅电解的电流密度。

2.1.2控制阳极质量，加强阳极泥洗刷
阳极质量主要体现为阳极板物理规格和化学成分两个方面，物理规格要求
阳极厚薄均匀，表面平整，无氧化渣无毛刺。

阳极物理规格直流电解过程中短路的多少，从而影响铅的直流效率。

阳极的化学成分主要控制As、Sb、Sn、Cu等杂质的适当范围，Cu﹤0.05%，As﹤0.3%，Sn﹤0.1%，Sb：0.4-1.2%时阳极泥呈疏松状，多孔网状结构附在阳极上，可减少阳极钝化，同时减少Sn等杂质的溶解和析出，从而减少能耗。

高电流密度生产时，阳极溶解速度加快，阳极泥层厚度增速加快，阳极泥层中的PbSiF6易得到饱和，阻碍Pb 的溶解，因此，高电流密度生产时，尽量减少阳极杂质含量，提高阳极主品味，Pb≥98.5%以降低泥层对槽电压的影响。

2.1.3降低铅电解各接点的电位降措施
随着铅电解电流密度的升高，导电体及各接触点发热，氧化现象加剧，因此，导电线路各接触点必须擦洗干净，防止接触点发热。

导电的铜棒要在光棒系统中清洗并擦洗干净，防止接触点发热。

导电的铜棒要在光棒系统中清洗，并擦拭防氧化剂。

同时对通电阳极大耳进行敲击。

本厂在铅电解现场建了一套光亮铜棒系统，导电的各接触点电位降明显下降。

三、取得的效果
本厂采用高电流密度生产以来，针对电流密度升高引起的槽电压升高这一情况，及时采取措施，直流电耗明显降低，取得了良好的效果，具体情况如表6
2007年比2005年节约用电310000×（120-118.49）=46.81万度
收稿时间：2008年4月20日。