周中華， 蘇騰飛

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高鎂對鋅電積的影響及控制

周中華， 蘇騰飛

分析了鋅冶煉系統(tǒng)中鎂的來源，研究了鎂對槽電壓、電流效率、陰極鋅產(chǎn)量的影響，介紹了生產(chǎn)中針對高鎂電解液采取的控制措施及最佳工藝條件。

鋅電積； 高鎂電解液； 槽電壓； 電流效率； 酸根控制； 陰極鋅產(chǎn)量

0 前言

在鋅冶煉過程中，鋅精礦沸騰焙燒產(chǎn)出的焙砂中，鎂主要以MgO、MgCO3、MgSO4形式存在，焙砂浸出后鎂主要以MgSO4形式存在。由于鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位相對于Zn、Sb較低 ，因此在浸出和凈化工序鎂不易開路。某廠近年來原料中的鎂呈逐年上升趨勢，并且為了提高鋅的回收率，浸出工序又采取了渣洗滌操作，由于雜質(zhì)沒有合適的開路途徑，鎂積累的問題日益突出，電解循環(huán)液中的Mg2+最高達30 g/L以上，給鋅電積工序帶來了極大的挑戰(zhàn)。該廠經(jīng)過不斷分析探索，最終總結(jié)出一套行之有效的方法，保證了鋅電積工序的平穩(wěn)運行。

1 鋅系統(tǒng)中鎂的來源

1.1 鋅精礦中的鎂

鋅精礦中的鎂主要以MgCO3形式存在，鎂含量約為0.2%～0.3%。某廠自2009年開始，鋅精礦中鎂含量呈逐年上升趨勢(見圖1)，每年處理的精礦量約164 000 t，帶入系統(tǒng)的鎂約為328～492 t。

1.2 錳礦粉中的鎂

在中浸過程中一般會加入錳礦粉作為氧化劑，其中MgO含量約為0.2%～0.6%，該廠錳礦粉年消耗量約為2 700 t，每年約有5.4～16.2 t的MgO隨錳礦粉進入濕法系統(tǒng)。

圖1 近幾年工廠鋅精礦鎂含量

1.3 生產(chǎn)用水中的鎂

云南飲用水中Mg2+含量一般為1.2～6.5 mg/L，該廠濕法系統(tǒng)年補水量約73 000 m3，由此推算每年隨補水進入鋅濕法系統(tǒng)的Mg2+約87.6～474.5 kg。

2 鎂對鋅電積的影響及控制措施

2.1 鎂對鋅電積的影響

2.1.1 鎂對槽電壓的影響

研究表明 ，在溫度恒定的情況下，隨著鎂離子濃度的升高，電積液的密度增大，電積液的粘度值增大，電積液的電導(dǎo)率下降，電解液電壓升高，進而導(dǎo)致槽電壓升高。鎂離子對槽電壓的影響如圖2。

圖2 鎂離子濃度對槽電壓的影響

2.1.2 鎂對電流效率的影響

在鋅電積過程中，影響電流效率的主要因素有：短路和斷路；管道和槽壁的結(jié)晶；鐵的氧化還原反應(yīng)；鋅的反溶；析氫、析氧反應(yīng)。

鎂離子濃度升高會造成局部電阻過大，進而導(dǎo)致局部電力線密集，短路現(xiàn)象增加。此外，鎂離子濃度升高會促進陰極析氫反應(yīng)的進行，導(dǎo)致電流效率降低，且陽極使用壽命縮短 。

鋅電積過程中，陽極的析氧反應(yīng)主要包括兩個方面，分別為：

2OH--2e=H2O+0.5O2

(1)

(2)

圖3 硫酸鎂溶解度曲線

為確保電解過程中電解液循環(huán)量，減少管道結(jié)晶對流量的影響，每天對電解槽進液口的管道進行清理，同時根據(jù)生產(chǎn)需要，縮短流程、循環(huán)系統(tǒng)、管道泵等的清理周期，確保進行大流量電解。

綜上所述，在鋅電積過程中，隨著電解液鎂離子濃度的升高，電流效率將降低。鎂離子濃度對電流效率的影響如圖4。

圖4 鎂離子濃度對電流效率的影響

2.1.3 鎂對陰極鋅產(chǎn)量的影響

陰極鋅產(chǎn)量計算公式：

m=qItη

(3)

其中：m為陰極鋅產(chǎn)量；q為電化當(dāng)量；I為電流；t為通電時間；η為電流效率。

當(dāng)電積時間一定時，陰極鋅產(chǎn)量的主要影響因素為電流和電流效率。在鋅電積系統(tǒng)，負載可劃分為阻性負載、容性負載、感性負載三類。在升電流過程中，影響電流升高的主要因素為感性負載，感性負載一般包括濾波電路和電解槽對地系統(tǒng)，因此硫酸鎂結(jié)晶的形成，會在一定程度上影響電流升高。

在通電過程中，通常輸入端電壓下降、觸發(fā)裝置故障、接觸點不良、阻性負載發(fā)熱等因素會導(dǎo)致電流的下降，因此高鎂電解液電積過程中形成的短路，會在一定程度上造成電流的下降(如圖5)。

圖5 鎂離子濃度對供電穩(wěn)定性的影響

綜上所述，由于鎂離子會對電流和電流效率造成影響，鎂離子濃度的升高將導(dǎo)致陰極鋅產(chǎn)量的下降。

2.2 高鎂電解液電積的生產(chǎn)控制

2.2.1 電解液溫度控制

工廠共有新液儲槽5個，儲液能力約2 700 m3，電解新液需求量約2 200 m3/d。生產(chǎn)中，凈化后的新液送電解前先經(jīng)過冷卻塔冷卻，保持新液澄清時間在8 h以上，新液溫度從43～44 ℃下降到36～37 ℃，從而使部分MgSO4集中結(jié)晶在冷卻塔或新液儲槽內(nèi)，降低鎂對系統(tǒng)的影響。

鋅電積過程中，電解液溫度一般控制在36～42 ℃，電解液溫度越高，鎂離子對電流效率的影響就越大，通過不斷摸索，工廠將電解液溫度控制在36～38 ℃。

2.2.2 酸根控制

2.2.3 廢液比重控制

在鋅電積過程中，部分電解液由于蒸發(fā)而損失，損失量約為新液量的10%。為了保證濕法系統(tǒng)的體積平衡，需要適當(dāng)補水。工廠每天補水量控制在120～150 t，既在一定程度上保證濕法系統(tǒng)的體積平衡，又使廢液比重控制在1.270～1.280 kg/L。

2.2.4 添加劑使用量的控制

鋅電積過程中常用的添加劑有骨膠、碳酸鍶。碳酸鍶在電解液中形成硫酸鍶，由于與硫酸鉛結(jié)晶類型相似而形成共沉淀。骨膠在電解液中分解形成氨基乙酸，在酸性條件下呈電正性，可以抑制晶粒成長過程，使陰極表面平滑。但過量的骨膠會導(dǎo)致陰極鋅較脆，以及電解液黏度增加，因此要控制骨膠使用量在合理范圍。通過摸索，生產(chǎn)中骨膠使用量控制在0.05 kg/t陰極鋅，碳酸鍶使用量控制在1.11 kg/t陰極鋅。

2.2.5 槽面接觸點的管理

由于采取的是夾接式的導(dǎo)電方式，電解槽面導(dǎo)電頭的管理尤為重要，要確保各個接觸點接觸良好，降低電壓降。通常采用測量電壓的儀表，每天對各個接觸點進行抽樣檢查，對接觸不良的接觸點及時進行處理。

2.2.6 兩極板的管理

要減少短路板，兩極板的管理尤為重要。陽極板要定期進行處理，減少板面陽極泥的附著，確保板面平直；加大陰極板的刷板量，消除鉤角板，確保平整；做好兩極板的管理，消除短路板和光板，提高電流效率。

2.3 措施實施效果

通過對循環(huán)液溫度、酸根、廢液比重、添加劑使用量等的控制，1～5月份，槽電壓下降了0.03 V，電流效率上升了2%，達到88.06%，陰極鋅片產(chǎn)量增加了1 619 t，噸鋅電耗下降了50 kWh。

3 結(jié)論

實踐證明，鎂對電流效率和電能單耗影響較大，而為獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，針對電解液中鎂離子濃度過高，在電解過程中采取的一切措施都是被動的，應(yīng)從源頭上進行控制，如選擇低鎂礦，進行系統(tǒng)排鎂等工作。

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(云銅鋅業(yè)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

周中華(1980—)，女，江西上饒人，工程師，冶金工程專業(yè)，主要研究方向為鋅冶煉。

2015-- 04-- 13

科技創(chuàng)新強省計劃資助項目(工業(yè)[2013]22號)

TF813

B

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