鋅電積降低極板單耗方法探討

席 陽，陳先友，姚應(yīng)雄，楊 娟，李茂發(fā)

鋅電積工序是濕法煉鋅過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著濕法煉鋅技術(shù)的發(fā)展，其生產(chǎn)組織模式已由高效高產(chǎn)向現(xiàn)場精細化操作逐步轉(zhuǎn)變。經(jīng)過長期實踐得出，鋅電積的加工成本主要由直流電耗、極板單耗、輔料單耗、交流電耗、備品備件費用等構(gòu)成。其中在鋅電積過程中使用的陰陽極板單耗約占整個電鋅材料費用的66.5%左右，是除直流電耗之外的第二大成本。若生產(chǎn)過程中管理不當(dāng)，將影響電鋅加工成本。報廢的陰極板主要體現(xiàn)為涂層、預(yù)剝離口損壞，板、梁焊縫脫落，吊耳斷裂，導(dǎo)電頭脫落，板面腐蝕凹坑，析出鋅難以剝離；報廢的陽極板主要體現(xiàn)為導(dǎo)電梁塌陷，焊縫脫焊，吊耳斷裂，板面燒壞，接觸不良電耗增高；極板單耗的增加反而降低了企業(yè)效益，影響職工收入。云錫文山鋅銦冶煉有限公司為國內(nèi)第五家采用3.2m2大極板生產(chǎn)的濕法煉鋅企業(yè)，采用鋅精礦沸騰焙燒-中性浸出-銻鹽法三段凈化-3.2m2大極板電積精煉-熔鑄主工藝流程，設(shè)計年產(chǎn)10萬噸鋅，項目于2018年12月投產(chǎn)。為實現(xiàn)陰極單耗0.05片/t·Zn與陽極單耗0.015片/t·Zn的優(yōu)良指標，做簡要分析探討。

1 極板及其預(yù)處理

陰、陽極板作為鋅電積電化學(xué)反應(yīng)的正、負極，是生產(chǎn)過程中必不可少的重要材料，我廠所使用的陰極板為壓延鋁板（含Al≥99.7%），陽極板為Pb-Ag合金板（含Ag0.5%～1.0%），也有部分企業(yè)使用多元合金板（Pb-Ca-Ag-Sr合金、Pb-Ca-Ag-Sr-Re合金等）以及昆明理工恒達科技股份有限公司研發(fā)的柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板。通過3年生產(chǎn)實踐總結(jié)，得出如下成品質(zhì)量要求。

1.1 陰極板規(guī)格型號及質(zhì)量要求

型號規(guī)格：板面：1760×1000×7（mm）橫梁：1490×60×25（mm）浸沒深度：1620mm有效上鋅面積：3.2m2。

質(zhì)量要求：板面用鋁符合GB/T 3880.1-2012（Al≧99.7%）標準、導(dǎo)電頭用銅符合/鋁GB/T 2059-2008（Cu≧99.95%）標準，采用爆炸焊或氬氟焊工藝，橫梁與板面采用氬弧焊工藝雙面對焊（焊縫偏斜＜1mm）、焊縫均勻平整飽滿無毛刺。防腐涂層、預(yù)剝離口采用模壓橡膠工藝，一次性壓制而成；邊條采用pp邊條加膠泥粘接固定或高分子聚乙烯塑料一次性澆筑成型。

1.2 陽極板規(guī)格型號及質(zhì)量要求

型號規(guī)格：板面：1705×943×9（mm）橫梁：1490×80×28（mm）銅棒：1480×55×15（mm）浸沒深度：1655mm。

質(zhì)量要求：板面用鉛符合GB/T 469-2013（Pb≧99.994%）標準、橫梁用銅符合GB/T 2059-2008（Cu≧99.95%）標準、陽極板含銀≦0.5%、銀偏析量≦100g/t、板梁雙面對焊、焊縫均勻飽滿、無夾渣。橫梁裝配2個梁導(dǎo)向夾，板面中下處開3個Φ20mm孔裝配3個球形絕緣子，板邊角裝配2個絕緣夾。

1.3 陰極板防腐涂層、預(yù)剝離口及粘邊條

成品陰極板由吊耳、橫梁、導(dǎo)電頭、涂層、預(yù)剝離口、板面、粘邊條七部分構(gòu)成。

我廠采購的陰極板是半成品，到貨驗收合格后還需對防腐涂層、預(yù)剝離口、粘邊條這三個部位做進一步加工。

防腐涂層位于橫梁下端，長1000mm寬140mm厚2mm與直徑90mm的兩個預(yù)剝離口一體，采用模壓橡膠工藝一次壓制而成，起到保護板、梁間焊縫的作用，有效避免焊縫腐蝕斷裂，延長陰極板使用壽命。防腐涂層與預(yù)剝離口的應(yīng)用，還起到絕緣作用，在絕緣層上不會有鋅離子析出，避免了因液位波動導(dǎo)致的鋅片難開口現(xiàn)象，有效提高了機械剝鋅效率。

粘邊條位于極板兩側(cè)，長1100mm寬20mm，采用高分子聚乙烯塑料一次壓制而成。將鋁板兩條長邊完全包裹，起到絕緣效果，便于鋅片剝離。

1.4 陽極板絕緣防護及鍍膜

成品陽極板由吊耳、橫梁、導(dǎo)電頭、梁導(dǎo)向夾、板面、絕緣子、絕緣夾七部分構(gòu)成。

我廠采購的陽極板到貨驗收合格后還需加裝導(dǎo)向夾、絕緣子、絕緣夾，新陽極使用前還需進行鍍膜處理。

導(dǎo)向夾套裝在橫梁上，呈錐狀，起到絕緣引導(dǎo)作用，當(dāng)陰極裝槽發(fā)生擺動時，能有效防止碰撞，避免槽面短路引起火花。

板面中下部呈品字形均布三顆圓球形絕緣子，兩邊角各安裝一個絕緣夾，當(dāng)板面在電積反應(yīng)中發(fā)生變形時，能起到保持間距作用，避免陽極板面與陰極板面直接接觸，在高電流密度生產(chǎn)條件下發(fā)生的短路現(xiàn)象。

在開產(chǎn)初期或大量投入新陽極板前，需進行鍍膜處理。鍍膜時采用低酸、低溫、低電流密度控制。鍍膜周期一般為18h/片～24h/片。經(jīng)鍍膜處理后的陽極板面會產(chǎn)生一層橙黃色氧化鉛薄膜，使鉛板鈍化，抑制PbSO4的產(chǎn)生，延長陽極使用周期。

陰陽極板導(dǎo)電性關(guān)系到槽電壓高低，即直流電單耗高低，陰陽極板電阻電壓降占槽電壓的1.0%～1.3%（約0.03V～0.05V），影響直流電單耗30kw/t·Zn～40kw/t·Zn；國內(nèi)3.2m2陰極板單耗在0.05片/t·Zn～0.08片/t·Zn，陽極板單耗在0.02片/t·Zn～0.05片/t·Zn，10萬噸產(chǎn)能的鋅冶煉廠通常保證有1000片～1500片的陰極板庫存和500片～1000片的陽極板庫存作為周轉(zhuǎn)以滿足生產(chǎn)需求。以2020年陰陽極板市場價計，陰陽極板消耗成本約占鋅電積成本的8%左右（不含殘值），因此極板質(zhì)量也是影響鋅電積成本的重要因素之一。

2 極板使用管理

極板的消耗主要與出裝槽作業(yè)、剝鋅作業(yè)、陽極拍平作業(yè)、掏槽作業(yè)、倒運及堆放方法有關(guān)。通過精細化操作管理，優(yōu)化各項作業(yè)要點，能避免極板被人為損壞，以此降低極板損耗。

2.1 出裝槽管理

出裝槽作業(yè)是指使用行車將已到電積周期的帶鋅陰極板從電解槽內(nèi)取出，將刷洗干凈的陰極板重新裝入電解槽進行下一周期電積的過程。或使用行車將已到清洗周期的陽極板從電解槽內(nèi)取出，將拍平?jīng)_洗干凈的陽極板重新裝入電解槽內(nèi)的過程。

在出槽過程中需要確保每片極板吊耳都在行車吊鉤工作范圍內(nèi)，防止極板脫鉤砸落，導(dǎo)致橫梁變形使得極板報廢。出槽后需要及時對導(dǎo)電銅排使用蒸汽或除鹽水進行吹掃沖洗，以保持銅排清潔度，便于裝槽時得到良好的接觸面，防止因接觸不良發(fā)生過流碰電，損壞極板導(dǎo)電頭。在裝槽前需確保每片極板在正確工位上且無損壞，防止因工位不對導(dǎo)致極板無法入槽，或板面變形彎曲導(dǎo)致極板報廢。裝槽后需要檢查每片極板與導(dǎo)電棒搭接良好，及時調(diào)整極間距，以此得到良好的電耗指標。

2.2 剝鋅管理

我廠采用的是國產(chǎn)自動剝鋅機組，由剔除線、主剝鋅線、主刷洗線、輔助刷洗線、輔助剝鋅線、橫向鏈、堆垛裝置、輸送鏈條等構(gòu)成。在主剝鋅線上加裝了預(yù)剝離裝置，當(dāng)帶鋅陰極板到達預(yù)剝離工位后，兩對預(yù)剝離刀能同時對陰極板預(yù)剝離位置的鋅片開口，便于后續(xù)自動剝鋅流程順利進行。

在開機前需檢查預(yù)剝離刀閉合間距，閉合間距＜7mm時預(yù)剝離刀會損傷板面或預(yù)剝離口，致使陰極提前報廢；閉合間距＞10mm時，不能起到提前開口作用，此時則需要人工干預(yù)及時調(diào)整或人工輔助開口。在自動剝鋅運行時，發(fā)現(xiàn)異常需及時調(diào)整，否則陰極板容易被損壞，造成陰極板報廢。在剝鋅過程中，發(fā)現(xiàn)陰極預(yù)剝離口損壞、粘邊條脫落、板面嚴重劃傷、板面彎曲變形、橫梁變形、焊縫開裂、導(dǎo)電頭脫落、吊耳損壞等情況需及時剔除，否則將影響下一周期鋅片的剝離。在刷洗后需檢查刷板質(zhì)量，刷板不干凈會導(dǎo)致鋅片難剝離，此時則需人工剝鋅，但是若采用人工剝鋅易對陰極板造成傷害，縮短了陰極使用壽命。

因此，剝鋅管理重在對設(shè)備的維護保養(yǎng)上，以此減少設(shè)備故障，提高工作效率。為降低陰極板損耗，需重點控制預(yù)剝離刀、主剝刀的閉合度，及時關(guān)注調(diào)整，降低機械損壞，規(guī)范剝鋅操作流程，減少陰極板損壞量。

2.3 陽極拍平管理

陽極拍平是指使用行車將電解槽內(nèi)需要處理的陽極板取出后，放置在陽極小車上，由陽極小車轉(zhuǎn)運至拍平?jīng)_洗機組的提升工位，采用夾板對陽極板面逐片拍平矯正的過程。我廠采用的拍平清洗機還附帶高壓水噴頭沖洗功能，可將附著在極板面上的結(jié)晶及陽極泥沖洗掉，減少板面結(jié)晶及陽極泥附著量，以此得到較好的直流電耗指標。

在陽極拍平管理中需重點檢查提升工位，避免極板在拍平時脫落，導(dǎo)致橫梁變形使極板提前報廢。整車極板（38片～39片）拍平?jīng)_洗完成后需檢查板面是否平直、板面清洗是否合格，發(fā)現(xiàn)未達標極板則返工處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)板面絕緣子和絕緣夾脫落，則需及時補裝，避免板面燒穿通洞，使極板提前報廢。當(dāng)發(fā)現(xiàn)極板焊縫裂口＞5cm、吊耳斷裂、板面破損面積＞15cm2就需及時替換，避免影響安全、生產(chǎn)指標。當(dāng)發(fā)現(xiàn)板梁彎曲變形時，需人工矯正，避免焊縫開裂或入槽后導(dǎo)電頭接觸面改變。

2.4 掏槽管理

掏槽作業(yè)是將掏槽工具插至電解槽底部接好陽極泥抽吸管，啟動水噴射真空機，將管道抽至負壓（約-0.05Mpa），利用液位差產(chǎn)生的虹吸作用將電解槽底部陽極泥清除的過程。在掏槽前需吊出一車陽極板，擴大間距便于掏槽工具的插入，此時槽內(nèi)陽極減少，陰極析出鋅會發(fā)生復(fù)熔現(xiàn)象，因此需嚴格控制好掏槽作業(yè)時間（作業(yè)時間＜45min）。使用的掏槽工具一般采用塑料材質(zhì)，避免作業(yè)過程中碰電、起火花，引發(fā)安全事故。

掏槽作業(yè)完成后需注意保持槽面清潔，特別是導(dǎo)電棒上不能附著結(jié)晶和陽極泥，避免裝槽后局部接觸不良，導(dǎo)致電流分布不均勻，引發(fā)安全事故，損壞槽內(nèi)極板。

2.5 轉(zhuǎn)運及堆放管理

轉(zhuǎn)運過程中易對極板造成人為損壞。其中陰極板需將導(dǎo)電頭錯開水平堆放，約50片/堆，底部使用托盤進行轉(zhuǎn)運，這樣可以避免板面刮花、變形。陽極板則需利用支架，垂直擺放進行轉(zhuǎn)運，約10片/架～12片/架，這樣可以避免板面彎曲變形。

為方便維修需將極板進行分類堆放管理。極板一般分為：可用板、待修板、報廢板三大類。在開展極板使用管理活動后，損壞板隨工作時間的變化規(guī)律逐步降低。結(jié)果表明陰極板在生產(chǎn)過程中，隨著剝鋅作業(yè)的進行，損壞板數(shù)量可用控制在13%以下，陽極板可用控制在4%以下。

3 極板維修

經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐，我廠正常狀態(tài)下陰極板使用壽命為0.8年/片～1年/片，陽極板使用壽命約1.6年/片～2年/片，損壞板中有80%以上未達到報廢標準，若不進行維修將無法滿足生產(chǎn)需求，因此極板維修是延長極板使用壽命的有效手段。

極板維修成本僅占重新采購極板成本的10%，故而極板維修也是節(jié)約成本、降低單耗的重要途徑。通過維修：陰極板使用壽命可延長至1.2年/片～1.5年/片，陽極板使用壽命可延長至2年/片～3.5年/片。結(jié)合我廠生產(chǎn)情況，總結(jié)極板維修要點如下所示。

3.1 預(yù)剝離口

作用及影響：由絕緣材料壓制成型，便于陰極上的析出鋅提前分開；該區(qū)域易受到機械傷害，預(yù)剝離口破損會導(dǎo)致鋅片難剝離。

管理要點：破損面≤10cm2需進行打磨、制模，使用膠泥填補，將多余膠泥清理干凈，保養(yǎng)72h以上方可投入使用。破損面＞10cm2且骨架斷裂，做報廢處理。

3.2 邊條

作用及影響：由絕緣材料壓制成型，或膠泥填充粘接成型。便于陰極上正反面的析出鋅順利分開。邊條脫落會導(dǎo)致析出鋅難剝離。

管理要點：斷裂長度＞4cm或完全脫落，需進行打磨、更換邊條、使用膠泥填補，將多余膠泥清理干凈，保養(yǎng)72h以上方可投入使用。極板邊緣厚度＜4mm，做報廢處理。

3.3 焊縫

工藝影響：初期采用摩擦攪拌焊工藝，焊縫強度不夠，易開裂，后期使用氬氟焊工藝，焊縫強度有顯著改善。

管理要點：陰極焊縫裂口≥5cm，需進行打磨、焊接、圖層修復(fù)，保養(yǎng)48h以上方可使用；陽極焊縫裂口≥5cm需進行打磨、熱熔焊接、削平焊縫，冷卻1h方可投入使用。

4 效果

我廠鋅電積系統(tǒng)投產(chǎn)初期，部分陰極板使用摩擦攪拌焊工藝生產(chǎn)，在使用8個月后出現(xiàn)批量焊縫開裂現(xiàn)象，陽極板未安裝絕緣子、絕緣夾，板面燒損嚴重。后期經(jīng)不斷優(yōu)化改造，極板使用壽命不斷延長，采購成本逐漸降低，生產(chǎn)日益向好，經(jīng)濟效益明顯。我廠投產(chǎn)至今電鋅產(chǎn)量與極板單耗變化情況如下所示：

2019年產(chǎn)量：10.05萬噸，陰極單耗：0.065片/t·析出鋅，陽極單耗：0.020片/t·析出鋅。

2020年產(chǎn)量：11.50萬噸，陰極單耗：0.056片/t·析出鋅，陽極單耗：0.017片/t·析出鋅。

2021年產(chǎn)量：12.00萬噸，陰極單耗：0.050片/t·析出鋅，陽極單耗：0.015片/t·析出鋅。

5 結(jié)論及展望

災(zāi)后疫情時代市場競爭形勢刺激下，企業(yè)要不斷加強抗衡市場風(fēng)險的能力，通過提高各項管理能力，制定標準、完善規(guī)程，達到降本增效、實現(xiàn)盈利。如何實現(xiàn)降低極板單耗？我們可通過：優(yōu)化作業(yè)流程、規(guī)范操作方法、持續(xù)改進剝鋅關(guān)鍵部位、減少人員錯誤操作與機械損傷等方法，延長極板使用周期來實現(xiàn)。通過上述管理方法能有效降低極板單耗。通過對損壞板隨時間變化規(guī)律的梳理，結(jié)合極板使用變化情況可看出：作為極板本身結(jié)構(gòu)，優(yōu)化陰極預(yù)剝離口材質(zhì)，增加預(yù)剝離口骨架強度，可延長陰極板使用壽命；同樣優(yōu)化陽極板梁，增加焊縫強度亦可延長陽極板使用壽命。