高镁对锌电积的影响及控制

周中华， 苏腾飞



高镁对锌电积的影响及控制

周中华， 苏腾飞

分析了锌冶炼系统中镁的来源，研究了镁对槽电压、电流效率、阴极锌产量的影响，介绍了生产中针对高镁电解液采取的控制措施及最佳工艺条件。

锌电积； 高镁电解液； 槽电压； 电流效率； 酸根控制； 阴极锌产量

0 前言

在锌冶炼过程中，锌精矿沸腾焙烧产出的焙砂中，镁主要以MgO、MgCO3、MgSO4形式存在，焙砂浸出后镁主要以MgSO4形式存在。由于镁的标准电极电位相对于Zn、Sb较低 ，因此在浸出和净化工序镁不易开路。某厂近年来原料中的镁呈逐年上升趋势，并且为了提高锌的回收率，浸出工序又采取了渣洗涤操作，由于杂质没有合适的开路途径，镁积累的问题日益突出，电解循环液中的Mg2+最高达30 g/L以上，给锌电积工序带来了极大的挑战。该厂经过不断分析探索，最终总结出一套行之有效的方法，保证了锌电积工序的平稳运行。

1 锌系统中镁的来源

1.1 锌精矿中的镁

锌精矿中的镁主要以MgCO3形式存在，镁含量约为0.2%～0.3%。某厂自2009年开始，锌精矿中镁含量呈逐年上升趋势(见图1)，每年处理的精矿量约164 000 t，带入系统的镁约为328～492 t。

1.2 锰矿粉中的镁

在中浸过程中一般会加入锰矿粉作为氧化剂，其中MgO含量约为0.2%～0.6%，该厂锰矿粉年消耗量约为2 700 t，每年约有5.4～16.2 t的MgO随锰矿粉进入湿法系统。

图1 近几年工厂锌精矿镁含量

1.3 生产用水中的镁

云南饮用水中Mg2+含量一般为1.2～6.5 mg/L，该厂湿法系统年补水量约73 000 m3，由此推算每年随补水进入锌湿法系统的Mg2+约87.6～474.5 kg。

2 镁对锌电积的影响及控制措施

2.1 镁对锌电积的影响

2.1.1 镁对槽电压的影响

研究表明 ，在温度恒定的情况下，随着镁离子浓度的升高，电积液的密度增大，电积液的粘度值增大，电积液的电导率下降，电解液电压升高，进而导致槽电压升高。镁离子对槽电压的影响如图2。

图2 镁离子浓度对槽电压的影响

2.1.2 镁对电流效率的影响

在锌电积过程中，影响电流效率的主要因素有：短路和断路；管道和槽壁的结晶；铁的氧化还原反应；锌的反溶；析氢、析氧反应。

镁离子浓度升高会造成局部电阻过大，进而导致局部电力线密集，短路现象增加。此外，镁离子浓度升高会促进阴极析氢反应的进行，导致电流效率降低，且阳极使用寿命缩短 。

锌电积过程中，阳极的析氧反应主要包括两个方面，分别为：

2OH--2e=H2O+0.5O2

(1)

(2)

图3 硫酸镁溶解度曲线

为确保电解过程中电解液循环量，减少管道结晶对流量的影响，每天对电解槽进液口的管道进行清理，同时根据生产需要，缩短流程、循环系统、管道泵等的清理周期，确保进行大流量电解。

综上所述，在锌电积过程中，随着电解液镁离子浓度的升高，电流效率将降低。镁离子浓度对电流效率的影响如图4。

图4 镁离子浓度对电流效率的影响

2.1.3 镁对阴极锌产量的影响

阴极锌产量计算公式：

m=qItη

(3)

其中：m为阴极锌产量；q为电化当量；I为电流；t为通电时间；η为电流效率。

当电积时间一定时，阴极锌产量的主要影响因素为电流和电流效率。在锌电积系统，负载可划分为阻性负载、容性负载、感性负载三类。在升电流过程中，影响电流升高的主要因素为感性负载，感性负载一般包括滤波电路和电解槽对地系统，因此硫酸镁结晶的形成，会在一定程度上影响电流升高。

在通电过程中，通常输入端电压下降、触发装置故障、接触点不良、阻性负载发热等因素会导致电流的下降，因此高镁电解液电积过程中形成的短路，会在一定程度上造成电流的下降(如图5)。

图5 镁离子浓度对供电稳定性的影响

综上所述，由于镁离子会对电流和电流效率造成影响，镁离子浓度的升高将导致阴极锌产量的下降。

2.2 高镁电解液电积的生产控制

2.2.1 电解液温度控制

工厂共有新液储槽5个，储液能力约2 700 m3，电解新液需求量约2 200 m3/d。生产中，净化后的新液送电解前先经过冷却塔冷却，保持新液澄清时间在8 h以上，新液温度从43～44 ℃下降到36～37 ℃，从而使部分MgSO4集中结晶在冷却塔或新液储槽内，降低镁对系统的影响。

锌电积过程中，电解液温度一般控制在36～42 ℃，电解液温度越高，镁离子对电流效率的影响就越大，通过不断摸索，工厂将电解液温度控制在36～38 ℃。

2.2.2 酸根控制

2.2.3 废液比重控制

在锌电积过程中，部分电解液由于蒸发而损失，损失量约为新液量的10%。为了保证湿法系统的体积平衡，需要适当补水。工厂每天补水量控制在120～150 t，既在一定程度上保证湿法系统的体积平衡，又使废液比重控制在1.270～1.280 kg/L。

2.2.4 添加剂使用量的控制

锌电积过程中常用的添加剂有骨胶、碳酸锶。碳酸锶在电解液中形成硫酸锶，由于与硫酸铅结晶类型相似而形成共沉淀。骨胶在电解液中分解形成氨基乙酸，在酸性条件下呈电正性，可以抑制晶粒成长过程，使阴极表面平滑。但过量的骨胶会导致阴极锌较脆，以及电解液黏度增加，因此要控制骨胶使用量在合理范围。通过摸索，生产中骨胶使用量控制在0.05 kg/t阴极锌，碳酸锶使用量控制在1.11 kg/t阴极锌。

2.2.5 槽面接触点的管理

由于采取的是夹接式的导电方式，电解槽面导电头的管理尤为重要，要确保各个接触点接触良好，降低电压降。通常采用测量电压的仪表，每天对各个接触点进行抽样检查，对接触不良的接触点及时进行处理。

2.2.6 两极板的管理

要减少短路板，两极板的管理尤为重要。阳极板要定期进行处理，减少板面阳极泥的附着，确保板面平直；加大阴极板的刷板量，消除钩角板，确保平整；做好两极板的管理，消除短路板和光板，提高电流效率。

2.3 措施实施效果

通过对循环液温度、酸根、废液比重、添加剂使用量等的控制，1～5月份，槽电压下降了0.03 V，电流效率上升了2%，达到88.06%，阴极锌片产量增加了1 619 t，吨锌电耗下降了50 kWh。

3 结论

实践证明，镁对电流效率和电能单耗影响较大，而为获得较好的技术经济指标，针对电解液中镁离子浓度过高，在电解过程中采取的一切措施都是被动的，应从源头上进行控制，如选择低镁矿，进行系统排镁等工作。

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(云铜锌业股份有限公司， 云南 昆明 650102)

Effect of high-magnesium on zinc electro-wining and its control

ZHOU Zhong-hua, SU Teng-fei

Sources of magnesium in zinc smelting system was analyzed in this paper, the effect of magnesium on the cell voltage, current efficiency, cathode zinc production was studied, control measures taken according to the high-magnesium electrolyte in production and the optimum process conditions were introduced.

zinc electro-winning; high-magnesium electrolyte; cell voltage; current efficiency; acid radical control; cathode zinc production

周中华(1980—)，女，江西上饶人，工程师，冶金工程专业，主要研究方向为锌冶炼。

2015-- 04-- 13

科技创新强省计划资助项目(工业[2013]22号)

TF813

B

1672-- 6103(2015)05-- 0029-- 03