湿法炼锌阴极板导电片改造的探讨

潘天宇， 刘 鹏， 谷 文

(中冶葫芦岛有色金属集团有限公司， 辽宁 葫芦岛 125003)

目前，世界上锌的冶炼分为火法炼锌和湿法炼锌。湿法炼锌是主流的锌冶炼方法，占到了锌冶炼的80%以上，且未来发展方向也是以湿法炼锌为主。湿法炼锌主要包括以下几个过程：锌精矿的焙烧，酸化矿的浸出，中性上清液的净化，硫酸锌溶液的电积，阴极锌熔铸。从锌精矿到锌锭的生产成本中，锌电积过程加工费用占到了70%左右，是湿法炼锌过程中成本最高的工序，而锌电积过程中耗电量又占最大比例。当前国内外大多数的湿法炼锌厂，吨锌直流电单耗在3 000～3 200 kW·h。以年产10万t阴极锌的电解锌厂为例，以吨锌直流电消耗3 100 kW·h标准，一年仅电积过程消耗的电能在3.1×108kW·h。槽电压是一项重要的技术经济指标，直接影响到锌电积的电能消耗。槽电压是由硫酸锌分解电压(V分)、电解液电阻电压降(V液)、阴阳极电阻电压降(V极)、阳极泥电阻电压降(V泥)及接触点电阻电压降(V接)等五部分组成，关系式见式(1)。

V槽=V分+V液+V极+V泥+V接

(1)

其中，接触点电阻电压降大小与接触面积的大小、接触面的清洁程度、接触点的多少及接触面的压力有关[1]。因此，降低湿法炼锌的生产成本，从锌电积过程着手很有必要。

1 某厂阴极板导电片主要存在的问题

1.1 导电片夹靠位置不固定造成阴极锌“烂边”

A—导电铜片；B—阴极导电棒；C—阳极导电棒；D—阳极导电头；E—铜铝过滤片焊点图1 改造前夹接法连接示意图

某湿法炼锌厂电解槽与槽之间的连接方式20多年来一直沿用传统的夹接法，即阴极导电棒上延伸一对铜铝对焊导电片，电积时夹在阳极导电头上，如图1所示。阳极板通过在相邻的电解槽间用绝缘定位板固定。以某湿法炼锌厂的阴阳极板导电片和导电头的规格为例，阴极板导电片有效长度为55 mm，阳极板导电头长度为35 mm。实际生产操作中，在将剥锌后的阴极板重新装入电解槽后，阴极板导电片和阳极板导电头还有很大的接触空间，电解槽上操作人员每天出装槽大概需要装4 500片阴极板，仅凭经验，并不能保证每块阴极导电片夹在阳极板导电头的合适位置。有的阴极板夹靠位置过长，如图2所示，造成阴极板在电解槽内相对阳极板向后偏离；有的阴极板夹靠位置过短，如图3所示，造成在电解槽内相对阳极板向前偏离。为此，会出现阴阳极板在同槽内错位，造成阴极板局部电力减弱，阴极锌析出速度小于返溶速度，出现阴极板边部“烂边”现象，致使电能白白浪费，电流效率降低。

图2 夹靠位置过长

图3 夹靠位置过短

1.2 吊运过程中导电片形状改变

阴极锌析出周期通常设定为24 h，因此，每天都要将阴极板取出，然后将阴极锌剥下，阴极板重新装入槽内。阴极板出槽的方式为吊车通过挂钩钩住阴极板吊环，在外力作用下，使阴极导电片与阳极导电头分开，长时间吊取阴极板的过程中，易使阴极板的两片导电片的物理形状发生改变，尤其是对两片导电片中间间隙会有很大的影响，常见为两片导电片“张嘴”现象，如图4所示，即两片导电片中间空隙呈现外宽内紧，两片导电片不平行等现象。这就会出现原本导电片与导电头面接触变为点接触，出现接触不良，造成此处的虚接，电阻增大，产生局部过热，电能损失。

图4 导电片形状改变

2 改进措施

阳极两端头被装入两槽间的绝缘定位板的孔槽里，在不更换阳极板的情况下，阳极板在电解槽内的位置相对固定。此外，由于槽与槽、板与板的尺寸规格一样，这就为改造提供了可行性，同时也提供了一个准确、可靠的位置参考依据。通过实际测量同槽内阴阳极板在电解槽内的合适位置，即阴阳极板合理的相对位置，计算阳极导电头应该在阴极导电片的位置，在此位置焊接一块铜片，使两片导电片在该位置通过焊接的铜片连接。改造后夹接法连接示意图如图5所示。

图5 改造后夹接法连接示意图

3 改造效果

3.1 提高产能、降低直耗、增加效益

通过固定导电头夹能位置，为装阴极板操作人员提供一个可靠的夹靠位置，避免操作人员仅凭经验夹靠导电头，出现极板相对同槽内阳极板的前后偏移现象，减少因此而出现的阴极锌“烂边”问题。以某年产阴极锌16万t的湿法炼锌厂为例，经过实际调查，存在“烂边”的阴极锌片占总阴极锌片数的30%左右，其中“烂边”的阴极锌中有90%是由于阴阳极板错位造成的。经济效益计算见下文。

电解工序每天析出阴极锌片共77 400片，由于错位造成“烂边”的阴极锌片数：77 400×30%×90%=20 898片。

“烂边”处的质量，经检测统计平均约为50 g，每天因“烂边”减少的质量为：20 898×50×10-6=1.044 9≈1.045 t。

不停产检修情况下，避免“烂边”每年(按365天算)可增加阴极锌产量：1.045×365=381.4 t。

以某湿法炼锌厂1～6月份生产为例，产能与电耗对比见表1。

表1 某电解锌厂1～6月产量- 直耗(天)平均数

改造后消除“烂边”现象，每天增加1.045 t电锌，则改造后的直耗计算见式(2)。

1 420 151÷(468.629+1.045)

(2)

通过计算可知改造后消除因为错位造成的烂边现象后，吨锌直耗下降约5 kW·h，以某湿法炼锌厂年产16万t计算，年可节约电能8×105kW·h，同时每年可增加384.1 t阴极锌产量，其经济效益不可小视。

3.2 增加阴极板使用寿命

在两片导电片的合适位置焊接铜片，可以增强导电片的整体物理强度，缓解因外力在吊运过程中导电片“张嘴”现象过早的出现，延长使用寿命，降低因导电片变形而淘汰的阴极板数量，提高阴极板使用时间，从而降低吨锌阴极板的消耗，降低生产成本。

3.3 改变接触面积、降低直耗

在导电片的合理位置焊接铜片，可以使原来的导电片与导电头两面接触变为三面接触，增加接触面积。某湿法炼锌厂全年电解液成分、槽温、阴阳极板状况以及总的槽电压比较稳定，指标波动很小。消耗在阳极板、电解液、阴极板上的电能基本相同，电耗的其他部分则主要消耗在诸多串联、并联的电极接头上，由于导电电极的接触头比较多，因接触面积的大小、接触点的多少及接触面的压力等导致槽电压升高[2]。由于导电片夹靠导电头不牢等原因，累积消耗的电能不容忽视。

3.4 减轻劳动强度

减少电解槽上操作人员反复调整阴极板位置的次数，大大减轻劳动强度，使装板效率提高和准确率增大。

4 结论

降低每吨阴极锌直流电单耗是降低湿法炼锌生产成本的重要方面，必须采取一切措施降低槽电压，并努力提高电流效率，减少因为各种因素而浪费的电能。在阴极板导电片合适位置焊接铜片，既能降低直耗，增加阴极锌产量，又能减轻劳动强度，提高生产效率，是值得推广的。