濕法煉鋅陰極板導(dǎo)電片改造的探討

潘天宇， 劉 鵬， 谷 文

(中冶葫蘆島有色金屬集團(tuán)有限公司， 遼寧 葫蘆島 125003)

目前，世界上鋅的冶煉分為火法煉鋅和濕法煉鋅。濕法煉鋅是主流的鋅冶煉方法，占到了鋅冶煉的80%以上，且未來發(fā)展方向也是以濕法煉鋅為主。濕法煉鋅主要包括以下幾個(gè)過程：鋅精礦的焙燒，酸化礦的浸出，中性上清液的凈化，硫酸鋅溶液的電積，陰極鋅熔鑄。從鋅精礦到鋅錠的生產(chǎn)成本中，鋅電積過程加工費(fèi)用占到了70%左右，是濕法煉鋅過程中成本最高的工序，而鋅電積過程中耗電量又占最大比例。當(dāng)前國內(nèi)外大多數(shù)的濕法煉鋅廠，噸鋅直流電單耗在3 000～3 200 kW·h。以年產(chǎn)10萬t陰極鋅的電解鋅廠為例，以噸鋅直流電消耗3 100 kW·h標(biāo)準(zhǔn)，一年僅電積過程消耗的電能在3.1×108kW·h。槽電壓是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接影響到鋅電積的電能消耗。槽電壓是由硫酸鋅分解電壓(V分)、電解液電阻電壓降(V液)、陰陽極電阻電壓降(V極)、陽極泥電阻電壓降(V泥)及接觸點(diǎn)電阻電壓降(V接)等五部分組成，關(guān)系式見式(1)。

V槽=V分+V液+V極+V泥+V接

(1)

其中，接觸點(diǎn)電阻電壓降大小與接觸面積的大小、接觸面的清潔程度、接觸點(diǎn)的多少及接觸面的壓力有關(guān)[1]。因此，降低濕法煉鋅的生產(chǎn)成本，從鋅電積過程著手很有必要。

1 某廠陰極板導(dǎo)電片主要存在的問題

1.1 導(dǎo)電片夾靠位置不固定造成陰極鋅“爛邊”

A—導(dǎo)電銅片；B—陰極導(dǎo)電棒；C—陽極導(dǎo)電棒；D—陽極導(dǎo)電頭；E—銅鋁過濾片焊點(diǎn)圖1 改造前夾接法連接示意圖

某濕法煉鋅廠電解槽與槽之間的連接方式20多年來一直沿用傳統(tǒng)的夾接法，即陰極導(dǎo)電棒上延伸一對(duì)銅鋁對(duì)焊導(dǎo)電片，電積時(shí)夾在陽極導(dǎo)電頭上，如圖1所示。陽極板通過在相鄰的電解槽間用絕緣定位板固定。以某濕法煉鋅廠的陰陽極板導(dǎo)電片和導(dǎo)電頭的規(guī)格為例，陰極板導(dǎo)電片有效長度為55 mm，陽極板導(dǎo)電頭長度為35 mm。實(shí)際生產(chǎn)操作中，在將剝鋅后的陰極板重新裝入電解槽后，陰極板導(dǎo)電片和陽極板導(dǎo)電頭還有很大的接觸空間，電解槽上操作人員每天出裝槽大概需要裝4 500片陰極板，僅憑經(jīng)驗(yàn)，并不能保證每塊陰極導(dǎo)電片夾在陽極板導(dǎo)電頭的合適位置。有的陰極板夾靠位置過長，如圖2所示，造成陰極板在電解槽內(nèi)相對(duì)陽極板向后偏離；有的陰極板夾靠位置過短，如圖3所示，造成在電解槽內(nèi)相對(duì)陽極板向前偏離。為此，會(huì)出現(xiàn)陰陽極板在同槽內(nèi)錯(cuò)位，造成陰極板局部電力減弱，陰極鋅析出速度小于返溶速度，出現(xiàn)陰極板邊部“爛邊”現(xiàn)象，致使電能白白浪費(fèi)，電流效率降低。

圖2 夾靠位置過長

圖3 夾靠位置過短

1.2 吊運(yùn)過程中導(dǎo)電片形狀改變

陰極鋅析出周期通常設(shè)定為24 h，因此，每天都要將陰極板取出，然后將陰極鋅剝下，陰極板重新裝入槽內(nèi)。陰極板出槽的方式為吊車通過掛鉤鉤住陰極板吊環(huán)，在外力作用下，使陰極導(dǎo)電片與陽極導(dǎo)電頭分開，長時(shí)間吊取陰極板的過程中，易使陰極板的兩片導(dǎo)電片的物理形狀發(fā)生改變，尤其是對(duì)兩片導(dǎo)電片中間間隙會(huì)有很大的影響，常見為兩片導(dǎo)電片“張嘴”現(xiàn)象，如圖4所示，即兩片導(dǎo)電片中間空隙呈現(xiàn)外寬內(nèi)緊，兩片導(dǎo)電片不平行等現(xiàn)象。這就會(huì)出現(xiàn)原本導(dǎo)電片與導(dǎo)電頭面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，出現(xiàn)接觸不良，造成此處的虛接，電阻增大，產(chǎn)生局部過熱，電能損失。

圖4 導(dǎo)電片形狀改變

2 改進(jìn)措施

陽極兩端頭被裝入兩槽間的絕緣定位板的孔槽里，在不更換陽極板的情況下，陽極板在電解槽內(nèi)的位置相對(duì)固定。此外，由于槽與槽、板與板的尺寸規(guī)格一樣，這就為改造提供了可行性，同時(shí)也提供了一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的位置參考依據(jù)。通過實(shí)際測量同槽內(nèi)陰陽極板在電解槽內(nèi)的合適位置，即陰陽極板合理的相對(duì)位置，計(jì)算陽極導(dǎo)電頭應(yīng)該在陰極導(dǎo)電片的位置，在此位置焊接一塊銅片，使兩片導(dǎo)電片在該位置通過焊接的銅片連接。改造后夾接法連接示意圖如圖5所示。

圖5 改造后夾接法連接示意圖

3 改造效果

3.1 提高產(chǎn)能、降低直耗、增加效益

通過固定導(dǎo)電頭夾能位置，為裝陰極板操作人員提供一個(gè)可靠的夾靠位置，避免操作人員僅憑經(jīng)驗(yàn)夾靠導(dǎo)電頭，出現(xiàn)極板相對(duì)同槽內(nèi)陽極板的前后偏移現(xiàn)象，減少因此而出現(xiàn)的陰極鋅“爛邊”問題。以某年產(chǎn)陰極鋅16萬t的濕法煉鋅廠為例，經(jīng)過實(shí)際調(diào)查，存在“爛邊”的陰極鋅片占總陰極鋅片數(shù)的30%左右，其中“爛邊”的陰極鋅中有90%是由于陰陽極板錯(cuò)位造成的。經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算見下文。

電解工序每天析出陰極鋅片共77 400片，由于錯(cuò)位造成“爛邊”的陰極鋅片數(shù)：77 400×30%×90%=20 898片。

“爛邊”處的質(zhì)量，經(jīng)檢測統(tǒng)計(jì)平均約為50 g，每天因“爛邊”減少的質(zhì)量為：20 898×50×10-6=1.044 9≈1.045 t。

不停產(chǎn)檢修情況下，避免“爛邊”每年(按365天算)可增加陰極鋅產(chǎn)量：1.045×365=381.4 t。

以某濕法煉鋅廠1～6月份生產(chǎn)為例，產(chǎn)能與電耗對(duì)比見表1。

表1 某電解鋅廠1～6月產(chǎn)量- 直耗(天)平均數(shù)

改造后消除“爛邊”現(xiàn)象，每天增加1.045 t電鋅，則改造后的直耗計(jì)算見式(2)。

1 420 151÷(468.629+1.045)

(2)

通過計(jì)算可知改造后消除因?yàn)殄e(cuò)位造成的爛邊現(xiàn)象后，噸鋅直耗下降約5 kW·h，以某濕法煉鋅廠年產(chǎn)16萬t計(jì)算，年可節(jié)約電能8×105kW·h，同時(shí)每年可增加384.1 t陰極鋅產(chǎn)量，其經(jīng)濟(jì)效益不可小視。

3.2 增加陰極板使用壽命

在兩片導(dǎo)電片的合適位置焊接銅片，可以增強(qiáng)導(dǎo)電片的整體物理強(qiáng)度，緩解因外力在吊運(yùn)過程中導(dǎo)電片“張嘴”現(xiàn)象過早的出現(xiàn)，延長使用壽命，降低因?qū)щ娖冃味蕴年帢O板數(shù)量，提高陰極板使用時(shí)間，從而降低噸鋅陰極板的消耗，降低生產(chǎn)成本。

3.3 改變接觸面積、降低直耗

在導(dǎo)電片的合理位置焊接銅片，可以使原來的導(dǎo)電片與導(dǎo)電頭兩面接觸變?yōu)槿娼佑|，增加接觸面積。某濕法煉鋅廠全年電解液成分、槽溫、陰陽極板狀況以及總的槽電壓比較穩(wěn)定，指標(biāo)波動(dòng)很小。消耗在陽極板、電解液、陰極板上的電能基本相同，電耗的其他部分則主要消耗在諸多串聯(lián)、并聯(lián)的電極接頭上，由于導(dǎo)電電極的接觸頭比較多，因接觸面積的大小、接觸點(diǎn)的多少及接觸面的壓力等導(dǎo)致槽電壓升高[2]。由于導(dǎo)電片夾靠導(dǎo)電頭不牢等原因，累積消耗的電能不容忽視。

3.4 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

減少電解槽上操作人員反復(fù)調(diào)整陰極板位置的次數(shù)，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，使裝板效率提高和準(zhǔn)確率增大。

4 結(jié)論

降低每噸陰極鋅直流電單耗是降低濕法煉鋅生產(chǎn)成本的重要方面，必須采取一切措施降低槽電壓，并努力提高電流效率，減少因?yàn)楦鞣N因素而浪費(fèi)的電能。在陰極板導(dǎo)電片合適位置焊接銅片，既能降低直耗，增加陰極鋅產(chǎn)量，又能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，是值得推廣的。