锰离子对锌电解电流效率影响的探讨

1、锰离子对锌电解电流效率影响的探讨李衍琳(云南驰宏锌锗股份有限公司 , 云南 会泽 654211摘 要 :剖析了锌电解电流效率低的原因 , 高锰 (Mn 2+:1015g/L 进行锌电解时 , 率的措施进行了探讨 。关键词 :溶液含锰量 ; 阳极泥 ; 清槽周期中图分类号 :TF813 文献标识码 :A 文章编号 :1006 -03E ffect of on E fficiency of Zinc E lectrolysisLI Y an -Lin(unnan ChiH ong Z inc and G ermanium C o 1Ltd , Huize Y unnan 654211China A

2、BSTRACT :The reas on of low current efficiency of zinc electrolysis was analyzed 1when zinc eletrolysing under high Mn content in s olu 2tion (M 2+:1015g/L , the measure of improving current efficiency of electrolysing zinc in pro -dution practice was discussed 1KE Y WOR DS :Mn content in s olution

3、; anode slime ; cleaning cell period 1 云南驰宏锌锗股份有限公司 1995年 2万 t 电解 扩建工程中 , 选用热酸浸出 黄钾铁矾法处理中 浸渣的全湿法流程 。由于新建沸腾炉的种种问题 , 产出的焙烧矿残硫较高 , 焙尘残硫在 10%15%之 间 , 最高达到 20%以上 , 在热酸浸出过程中 , 硫化 物具有较强的还原性 , 极易将溶液中的 Fe 3+还原成 Fe 2+, 为了除去溶液中的铁离子 , 作业过程中不得 不加入大量的氧化剂一锰粉 , 将 Fe 2+氧化成 Fe 3+, 如此进行氧化还原反应 , 不仅消耗大量的锰粉 , 而 且导致溶液中锰离含

4、量较高 , 对电解作业造成极大 影响 , 锌电解电流效率逐年下滑 , 并威胁到 “四 九”锌品级率 。 严重影响了技术经济指标及经济效 益 。1998年组织了技术攻关 , 次月即见成效 , 锌电 解电流效率从 8月分的 78123%提高到 81148%, 1998年 912月平均电效 8115%, 1999的虽然溶液 中锰离子达到最高点 17152g/ L , 锌电解电流效率仍 达到 79198%, 2000年 14月 平 均 电 效 达 到 83128%, 取得了可观的经济效益 。下面就几个样问题进行探讨 :1 溶液中锰离子对锌电解电流效率的影响 溶液中锰离子对锌电解电流效率的影响 , 一般

5、 认为锰离子在锌电解过程中的行为类似于铁 , 即在 阴阳极之间反复进行氧化还原反应 , 消耗电能 , 降 低电流效率 。锌电解时 , 锰离子在阴阳极发生下述反应 :Mn 2+2H 2O -2e MnO 2 +4H +(1 E 01=-1120vMn 2+4H 2O -5e MnO -4 +8H +(2E 02=-1152v反应 (2 生成的高锰酸根 (MnO -4 , 可以在 阴极上还原成 Mn 2+:MnO -4+8H +5e =Mn 2+4H 2O如此在阴阳极间反复得失电子 , 消耗电能 , 降 低电流效率 。 原因为 :(1 反应 (2 的标准电极电位较氧的标准析74作者简介 :李衍琳

6、(1968, 男 , 云南会泽人 , 湿法冶金工程师 , 生产技术科科长 , 车间主任。 2002年 8月 云 南 冶 金Aug 12002 第 31卷 增刊Y UNNAN MET A LLURGYV ol 1311增刊出电位 (-11229 v , 如果不是氧在阳极上的析出 超电压较高 , 高锰酸根甚至不能生成 , 而反应 (1 的标准电极电位较氧的标准析出电位略正 , 反应推 动力远大于反应 (2 Mn 2+在阳极上的主要生物应 为 MnO 2, MnO -4的生成数量有限 。(2 反应 (2 生成的 MnO -4是一种强氧化剂 ,除在阴极上还原外还可以把溶液中存在的许多低价离子氧化成高价

7、 , 同时自身被还原 , 不消耗阴极电 流 , 例如 :MnO -4+2Mn 2+2H 2O 3MnO 2+4H +生产实践也证实了这一点 , 从表 1, 表 2中可 以看出 , 随着溶液中 Mn 2+含量的增加 , 锌电解电 流效率呈下降趋势 , 但不构成线性关系 。表 1 1998年溶液中 Mn 2+含量与电效的关系T ab 11 Relationship between Mn 2+comtent in s 项目月 1234579101112平均电效 /%73165701627518280741567661781238114882188811208014577181Mn 2+/(g L -

8、1131551311131112581959165917010125111001218011155表 2 1999年溶液中 Mn 2+含量与电效的关系T ab 12 Relationship between Mn 2+content in s olution and current efficiency in 1999项目月 分123456789101112平均电效 /%81126811388016380144771787919381163801218118178191781227713079198Mn 2+/(g L -114115141151419017125211101915018150

9、201501916520142171711213517152 溶液中锰离子升高后对锌电解电流效率的影 响 , 主要是生成了大量的阳极泥 。 当溶液中锰离子含量达到 15g/L 时 , 反应 (1 的实际氧化电位为 -1114伏 , 反应推动力进一步加大 , 生成大量的阳极泥 , 造成电解液混浊 , 悬浮物较多 , 电阻增 大 , 电流效率下降 , 严重时电解槽内阳极泥多到阴 阳极板有 20200mm 浸没其中 , 电解液在电解槽 内循环不好 , 浸没在阳极泥内的阴极板不再上锌 , 不仅电流效率急剧下降 , 而且对锌锭质量造成严重 影响 。2 加快清槽周期 、 缩短清槽周期为了降低高锰溶液在电解

10、过程中生成大量阳极 泥对电解效率的影响 , 于 1998年 8月中旬对电解 清槽周期进行了调整 。 清槽速度由每天清 4个加快 到每天清 6个 (第一天清 4个 , 第二天清 8个 。 清槽周期由原来的 30多天压缩到 16 21天 。实施 后 , 阳极泥量明显减少 , 电解液变得清亮 , 无悬浮 物 。 次月 , 锌电解电流效率即从 1998年 8月的 751885%(溶 液 中 Mn 2含 量 9165g/L 提 高 到 81148%(溶液各含 Mn 2+:917g/L , 并产生出部分“ 四九五”锌 。3 适当加大明胶用量明胶在电解过程中的作用为 :(1 起泡剂 , 改 善电解作业环境

11、; (2 改善产品质量 , 使析出锌平 整 、 致密 ; (3 减轻某些杂质的有害作用 。事实 上 , 明胶还有第四种作用絮凝剂 。 明胶对电解液中 的悬浮颗粒有着显著的絮凝作用 。小试验结果表 明 , 明胶用量到 35mg/L 时 , 絮凝效果较好 。生 产实际中 , 根据电解液的混浊状态 , 适当加大明胶 用量 , 将明胶水溶液均匀 , 连续加入到电解液中 , 促使悬浮物微粒絮凝成团 , 进入阳极泥 。4 降低锰离子含量在生产工艺条件下 , 清槽速度不可能提得很 快 , 清槽周期只能缩短到 1416天 , 当溶液中锰 离子含量高到一定程度时 , 阳极泥的生成速度相当 快 , 清槽速度跟不上

12、阳极泥的生成速度 。 141684 2002年 8月 云 南 冶 金Aug 12002 第 31卷 增刊Y UNNAN MET A LLURGYV ol 1311增刊天的清槽周期满足不了生产需求 , 电解液发黑 , 悬 浮物较多 , 阳极泥随电解液在整个循环系统中打 转 , 混合池 、 明槽 、 分配槽 、 电解槽 、 回流槽 , 全 部沉积大量的阳极泥 , 形成恶性循环 , 电解电流效 率急剧下降 , 锌品级率受到严重危胁 。 生产实际表 明 , 溶液中的锰离子控制在 12g/L 以内为宜最好不 超过 15g/L 。为此 , 二厂硫化车间于 1999年 10月 进行了降低锰离子的技术攻关 ,

13、 成功地将锰离子含 量控制在 12g/L 以内 , 为提高锌电解电流效率创造 了条件 。5 问题讨论(1 云 南 驰 宏 锗 股 炼 2000年 3月至今 , 3 315:1调整为 3:1。 2000年 3484107%, 酸锌比 、 槽温与 电效的关系有待进一步探讨 。(2 生产实践表明 , 保持电解液中较为稳定的 酸锌含量 , 严格控制酸锌比 , 并维持电解液中较为 稳定的锌离子浓度 , 是提高锌电解电流效率的有效 手段 。(3 目前电解进液 , 混液方式较为落后 , 流 量 、 槽温 、 酸锌比的稳定 , 均恒控制不易做到 , 在 有条件的情况下 , 应进行适当改造 。(4 生产试验中

14、,后 , 造渣量仍然较大 , 、 降低消耗是努力参考文献 : 1徐采栋 1锌冶金物理化学 M 1昆明 :云南科技出版社 , 19961 2徐鑫坤 , 魏 昶 1锌冶金学 M 1昆明 :云南科技出版社 , 19961(上接第 46页 表 2 1999年2001年电解有 关数据统计与比较T ab 12 S tatistics and comparis on of electrolysis relative data in 19992001技术指标 1999年 2000年 2001年 锰离子 /(g L - 161361013616188添加剂 /(kg t - 015016015有机还原物 /(mg L - 505500480电流效率 /%75 8380898390(1 表 2中的数据说明 , Mn 2+在锌电解液中 的含量一般 16g/L , 它在阳极上生成的 MnO 2, 对有 机还原物形成了吸附 , 抑制了有机物对电解的危 害 。(2 在电积锌时添加剂实用量不宜过高和过 低 。 过高会对还原物在锌电积时起催化作用 , 导致 锌脆化 。 过低影响阴极锌致密 。(3 近几年来有机还原物明显的减少和降低 , 电流效率逐年上升 , 各项生产成本下降 。 Zn 、 G e 等金属直收率有所提高 (Zn87115%、 G e46107%