縮短極距對電解金屬錳生產(chǎn)中直流電耗的影響

梁萬德，閉偉寧，農(nóng)富鈞，陸柳春，廖英歡，覃金山，黃明純

(南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

0 前 言

錳是一種十分重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電子、電池、農(nóng)業(yè)等部門[1]。自從1935年美國礦業(yè)局電解法生產(chǎn)金屬錳以來，國際上主流采用的生產(chǎn)方法一直都是中性MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系電解液進(jìn)行隔膜電解生產(chǎn)[2]，但是采用這種方法進(jìn)行電解生產(chǎn)金屬錳的電流效率不高，導(dǎo)致成本居高不下。隨著資源的日益緊張，錳礦石等原料的價格也是日益高漲，電解金屬錳行業(yè)的節(jié)能降耗勢在必行[3]。目前，鄭凡[4]等報道了采用陰離子交換膜，將陰離子隔離在陰極區(qū)，可以將電流效率提高到68%，電解槽的槽壓比傳統(tǒng)電解槽低約0.5 V，無硒電解沉積噸錳能耗降至5 700 kW·h。周元敏[5]等報道在電解槽中添加SeO2、氨、(NH4)2SO4等添加劑，穩(wěn)定電解液，起到增產(chǎn)降耗的作用。賴穎明[6]報道了不同添加劑對于電解金屬錳的影響，指出當(dāng)添加劑SeO2的含量達(dá)到0.03 g/L以上時，電流效率可以達(dá)到74%甚至更高，極大的減少電能的消耗。在目前生產(chǎn)技術(shù)條件下，采用縮短極距的方法可以使電解金屬錳生產(chǎn)的平均單板產(chǎn)量上升0.04 kg/張，噸錳產(chǎn)品的平均直流電電能消耗下降約138.29 kW·h/t，電解生產(chǎn)效率有比較顯著的提升，成本消耗有比較明顯的下降。

本實驗通過縮短極距的方法，將原電解金屬錳生產(chǎn)的常規(guī)極距縮短6 mm進(jìn)行電解金屬錳生產(chǎn)，對電解生產(chǎn)過程中的直流電輸出、電解槽壓、電解金屬錳產(chǎn)量及電解過程的粘袋情況進(jìn)行跟蹤，為通過縮短極距來降低電解金屬錳生產(chǎn)的成本消耗提供可行性依據(jù)。

1 實驗方法

在車間選定4個電解槽進(jìn)行電解生產(chǎn)實驗跟蹤，其中兩個槽作為實驗跟蹤槽，兩個槽作為對比槽，4個槽要求在同一天清槽，保證基礎(chǔ)條件基本一致。實驗槽裝極距為比常規(guī)極距小6 mm的隔膜框，對比槽裝極距為常規(guī)極距的隔膜框，實驗跟蹤期間加強(qiáng)電解金屬錳生產(chǎn)“三大指標(biāo)”的跟蹤與調(diào)控，保證跟蹤所得結(jié)果真實可靠。

2 實驗結(jié)果與討論

為保證在電解生產(chǎn)過程中各項數(shù)據(jù)的可比性，在實驗跟蹤前進(jìn)行電解槽的選取，并在同一天進(jìn)行清槽，且兩種不同極距槽均裝相同數(shù)量的陰極板進(jìn)行電解生產(chǎn)，待生產(chǎn)情況穩(wěn)定后，收集槽電壓、極板電流及電解金屬錳產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。經(jīng)過記錄收集，得到3個批次的平均單板電流、平均槽電壓及平均單板產(chǎn)量對比情況(見表1)。

表1 兩種不同極距極板生產(chǎn)電解金屬錳的指標(biāo)對比

由表1數(shù)據(jù)情況可以看出：在直流配電輸出相同，平均單板電流一致的情況下，極距縮短6 mm后，槽電壓明顯比常規(guī)極距的槽電壓低，電解金屬錳生產(chǎn)的單板產(chǎn)量比常規(guī)極距的高。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

在電解金屬錳生產(chǎn)過程中，根據(jù)式(1)和式(2)[2]可以得出：在理想狀態(tài)下，采用常規(guī)極距槽與極距縮短6 mm極距槽的電解金屬錳的電效與電解噸錳電耗情況見表2。

電解金屬錳的電效=陰極板錳重量×1 000÷(電流×電解時間×錳電化當(dāng)量×電解槽數(shù))×100%

(1)

噸錳電能消耗=V槽壓×1 000÷(錳電化當(dāng)量×陰極板電效)

(2)

錳電化當(dāng)量=1.025 g/(A·h)[2]

表2 兩種不同極距極板生產(chǎn)電解金屬錳的電效及電耗對比

由表2數(shù)據(jù)情況可以看出：經(jīng)過3個批次的跟蹤，所得實驗槽的電解金屬錳生產(chǎn)的電效都明顯高于實驗對比槽的電效，噸錳電能消耗都明顯低于實驗對比槽。在實驗槽與實驗對比槽電效差距最大的批次中，實驗槽的電效比實驗對比槽高1.92%，而在電效差距最小的批次中，實驗槽的電效比實驗對比槽高0.21%。最大噸錳電能消耗差距達(dá)到192.57 kW·h/t，最小噸錳電能消耗差距也有99.21 kW·h/t，平均值達(dá)到了138.28 kW·h/t。以這3個批次的電解金屬錳生產(chǎn)的電能消耗差距的平均值138.29 kW·h/t及廣西區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)電能消耗的單價0.50元/kW·h計算，每電解1 t金屬錳產(chǎn)品，縮短極距6 mm的直流電成本消耗可減少約69.14元；此外，實驗槽的平均單板產(chǎn)量比對比槽高0.04 kg/張。實驗槽的電解金屬錳產(chǎn)量更加理想，對于一個高能耗產(chǎn)業(yè)來說，效益相當(dāng)可觀。

4 結(jié) 論

在確保陰極板上錳不粘袋的情況下，適當(dāng)縮短極距能夠有效提升電解金屬錳生產(chǎn)的電效及降低電解金屬錳生產(chǎn)的直流電單耗。通過經(jīng)濟(jì)效益分析可見，在原電解金屬錳生產(chǎn)極距的基礎(chǔ)上縮短極距6 mm，能夠有效降低電解金屬錳生產(chǎn)的成本消耗。生產(chǎn)實驗結(jié)果表明，通過縮短極距的方法來降低電解金屬錳生產(chǎn)的成本消耗是可行的。