大極板鉛電解過程的工藝控制

閆瓊瓊 閆相林

(靈寶金源晨光有色礦冶有限公司， 河南 靈寶 472500)

0 前言

鉛電解精煉技術(shù)發(fā)展迅猛，我國近幾年來新建的鉛電解精煉車間大多數(shù)采用了大電解槽(4 500 mm×1 000 mm×1 620 mm)，大極板、長周期的鉛電解工藝是有色冶煉的發(fā)展趨勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?；?，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

1 大極板鉛電解的特點(diǎn)

1)應(yīng)用大極板鉛電解工藝，單槽陰極總面積有所增加，在電解生產(chǎn)過程中可以降低電流密度，在低電流密度生產(chǎn)條件下，鉛電解的各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)更容易控制[1]。4 550 mm×980 mm×1 645 mm的電解槽單槽年產(chǎn)305 t電鉛,6 000 mm×1 000 mm×1 630 mm的電解槽單槽年產(chǎn)432 t電鉛，而3 500 mm×800 mm×1 200 mm的電解槽單槽年產(chǎn)僅180 t電鉛。從以上對(duì)比可以看出，大極板鉛電解成本更低。

2)大極板鉛電解生產(chǎn)所用的陽極板(1 210 mm×810 mm×27 mm)采用水套式立模澆鑄機(jī)組生產(chǎn)，表面光滑平整[1]，大小兩耳垂直度好,同極間距為110 mm(普通鉛電解同極間距為80～90 mm)，電解過程中短路現(xiàn)象減少，降低了電能消耗。

3)與一般普通鉛電解相比，大極板鉛電解的殘極率更低[2]。大極板的殘極率約為38%，較小極板鉛電解殘極率(約45%)降低了7%，對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)10萬t電鉛的生產(chǎn)企業(yè)來說，能耗可降低20%以上。

4)大極板的電解生產(chǎn)周期為7 d[3]，采用雙鉤、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)吊架，實(shí)現(xiàn)了陰陽極同時(shí)起吊，運(yùn)行平穩(wěn)，能準(zhǔn)確定位、掛鉤、入槽和卸載，減少了起吊裝出次數(shù)，提高了鉛電解工作效率，減輕了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，大極板鉛電解采用自動(dòng)排距機(jī)組、陰極制造機(jī)組、陰極鉛洗滌機(jī)組，自動(dòng)化程度高。

2 工藝控制

2.1 鉛電解大陽極板制作前期的質(zhì)量控制

在低電流密度下進(jìn)行長周期7 d的鉛電解生產(chǎn)，當(dāng)電解進(jìn)行到2 d左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰極板面上毛刺較多，陽極板斷路情況也較多。這主要是因?yàn)槌跗诖帚U火法精煉除雜未達(dá)到工藝技術(shù)要求[4]，澆鑄的陽極板雜質(zhì)含量超標(biāo)。當(dāng)鉛液中的銅含量高、澆鑄溫度過高、澆鑄速度又過快時(shí)，鉛液澆注入立模后，在正反兩面冷卻水套模板的作用下，銅與其中的砷、銻形成化合物、固熔體及共晶，不溶于鉛而上浮，同時(shí)受鉛液遇冷凝結(jié)時(shí)釋放的氣體沖擊形成的“泡沫狀”固熔體鉛沉在鉛陽極板的下部。在電解過程中，有部分“泡沫鉛”呈絮狀雜質(zhì)漂浮在液面，有部分鉛沫沉到槽底，造成電解槽液面出現(xiàn)大量短路現(xiàn)象，降低析出鉛的質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)無法進(jìn)行。

要從根本上解決上述問題，應(yīng)加強(qiáng)粗鉛火法初步精煉的質(zhì)量管理，改造澆鑄系統(tǒng)，增加保溫箱，用隔板將保溫箱分開為兩部分，使鉛液從隔板下部流出而氧化浮渣被隔離從而打撈出去。

火法初步精煉后的鉛液含鉛量和含銅量應(yīng)控制在大極板工藝技術(shù)要求范圍之內(nèi)，鉛液溫度控制在370～380 ℃，同時(shí)陽極澆鑄速度控制在85～90片/h，這樣澆鑄出來的陽極板光滑明亮，上下一致,物理規(guī)格為1 210 mm×810 mm×27 mm，單片重量294±4 kg，杜絕“泡沫鉛”的出現(xiàn)。

2.2 控制鉛大陽極板主要雜質(zhì)含量

大陽極板含鉛量和銅含量對(duì)電流效率及直流電耗的影響見表1。

從表1可以看出，Pb含量≥98.5%、Cu含量≤0.04%、Sb含量為0.5%～1.0%的陽極板有利于電流效率的提高和直流電耗的降低。若Sb含量過高，則陽極板容易鈍化，影響陽極板的溶解。

表1 大陽極板鉛、銅含量對(duì)電流效率及直流電耗的影響

2.3 鉛電解始極片制作工藝的質(zhì)量要求

始極片的化學(xué)成分要求見表2。

表2 始極片的化學(xué)成分要求

始極片物理規(guī)格較差時(shí)，容易在液面處斷裂掉入電解槽內(nèi)導(dǎo)致短路，影響鉛電解的電流效率和產(chǎn)量。掉落的極板很難撈取，造成電解液渾濁，既惡化槽面管理人員的操作條件和環(huán)境，又影響析出鉛的質(zhì)量。

通過分析發(fā)現(xiàn)，在始極片制造過程中，銅棒通直度不夠，以及始極片壓緊處與銅棒之間的距離太小，始極片受力后容易斷裂。解決辦法是，銅棒彎曲后必須調(diào)直，要求光亮、干凈；銅棒與始極片壓緊處的距離調(diào)整合適。DM機(jī)組制造的始極片要控制在合適的厚度(析出鉛單片產(chǎn)量達(dá)190 kg左右)，因?yàn)槭紭O片如果太薄，在液面位置容易斷裂；如果太厚，則增加能耗。始極片制造機(jī)組制作的始極片外形尺寸控制在1 340 mm×840 mm×(0.85±0.02) mm，并且要達(dá)到工藝技術(shù)要求的板面平直、無孔洞、無卷角、不開口[1]。

2.4 大極板鉛電解裝槽要求

大極板鉛電解要求陰、陽極中心對(duì)齊。生產(chǎn)實(shí)際中往往出現(xiàn)偏差，陰極板左右兩側(cè)因電力線密度不同而出現(xiàn)厚度不均勻，厚的一側(cè)容易出現(xiàn)毛刺短路。

槽面管理要采用DCS電腦系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各個(gè)電解槽的槽電壓變化情況，準(zhǔn)確判斷槽內(nèi)是否出現(xiàn)掉極、短路，一旦發(fā)現(xiàn)短路，及時(shí)處理。此外，應(yīng)提高裝出槽操作人員的技術(shù)水平，控制新裝槽之間電壓偏差低于0.02 V。

2.5 鉛電解液的質(zhì)量要求

鉛電解液的化學(xué)成分要求[3]見表3。物理規(guī)格要求電解液應(yīng)外觀清亮、無雜物。

表3 鉛電解液化學(xué)成分要求

大極板鉛電解過程要控制電解液成分的穩(wěn)定，將各種雜質(zhì)的含量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，避免污染。電解過程中要減少銅、鉍的溶解量。鉛陽極泥的洗水循環(huán)使用時(shí)，要沉淀24 h后再抽取上清液，并均勻地兌入電解液中，避免造成電解液成分的波動(dòng)，給生產(chǎn)帶來不利影響。相比小極板，大極板鉛電解對(duì)電解液的凈化、成分控制以及循環(huán)要求比較高。

不同電解液成分對(duì)析出鉛產(chǎn)量的影響見表4。生產(chǎn)實(shí)踐表明，適當(dāng)提高鉛電解液中的鉛離子濃度及游離硅氟酸的濃度，有利于提高析出鉛質(zhì)量、增加產(chǎn)量和降低槽電壓[4]。槽電壓是影響電解鉛質(zhì)量、電流效率、直流電耗的主要因素。生產(chǎn)過程中，應(yīng)盡量降低槽電壓，才能提高電流效率，達(dá)到降低電解直流單耗的目的。

表4 不同電解液成分對(duì)析出鉛產(chǎn)量的影響

2.6 鉛電解液循環(huán)速度及溫度的控制

大極板鉛電解生產(chǎn)過程中,提高電解液的循環(huán)速度和溫度,可降低電解液的粘度，有利于電解液中離子擴(kuò)散,避免電解液分層，減少濃差極化，降低電解液的比電阻，提高電解液的導(dǎo)電率，降低電能消耗，有利于電解液中Pb2+的平衡,確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明(表5)，電解液循環(huán)速度控制在38～45 L/min，同時(shí)電解液溫度控制在40～45 ℃,為最佳工藝條件。

表5 電解液溫度和循環(huán)速度的影響

2.7 鉛陽極泥洗水凈化處理

2.8 實(shí)施效果

通過以上措施的實(shí)施，大極板鉛電解的工藝技術(shù)得到很好的控制，析出鉛的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到很大的提高，電鉛質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)《鉛錠》(GB/T 469—2013)1#鉛的標(biāo)準(zhǔn)，其化學(xué)成分見表6。

表6 電鉛化學(xué)成分

3 結(jié)束語

采用大極板、大電解槽、長周期的電解精煉工藝，可大幅度提高鉛電解系統(tǒng)的集約化程度，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)從大極板制作質(zhì)量控制、雜質(zhì)含量控制、始極片制作工藝、大極板裝槽、鉛電解液質(zhì)量、鉛電解液循環(huán)速度和溫度等方面進(jìn)行工藝控制，為獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)量、低能耗的生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。