槽电压与电能消耗的关系

1、槽电压与电能消耗的关系(铜电解)引言电能消耗是电解车间的主要技术经济指标之一，它不但可以综合反映出电解生 产的技术水平，也是影响产品成本的主要因素。而降低槽电压又是降低直流电解电 能消耗的最有效途径。根据电耗公式:W=VX1000/(nX1.186)式中:W-单位电能消耗,n-阴极电流效率,1.186-二价铜的电化当量。由上式可知：电能消耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。槽电压越高，电耗 也就越高，反之，槽电压越低，电流效率越高，电耗也就越低。因此，要想降低单位电 能消耗，必须设法降低槽电压,提高电流效率。电流效率通常在95-98%,波动范围不 大,波动约3%，而槽电压则由于受电流密度、电解

2、液成分及温度、阳极钝化等因素 的影响波动范围较大。槽电压波动范围一般在0.2-0.4V之间，低的仅为0.2V,高的 超过0.4V，相差一倍以上，可见槽电压对电解的单位电能消耗具有更大的影响。以 下着重在生产操作方面如何降低槽电压，以便降低电耗的问题。槽电压是指直流电流通过一个电解槽时阳极和阴极间的电压降。槽电压的控 制，在一般电流密度下(小于330A/M2)正常槽电压应在0.35V以下，但不应低于0.2V, 过高和过低都是不正常的。槽电压的组成部分主要是由电流通过电极、导电棒与接 触点的电压降IR1,电流通过电解液的电压降IR2,以及阴极和阳极之间的电位差 (EA-EK),包括阴阳极本身在内的

3、金属导体上的电压降和阳极泥中的电压降组成。槽电压可用下式表示:V=IR1+IR2+(EA-EK)电流通过电解液的电压降IR2此项电压降的形成，是由于电解液中存在着电阻,它等于电流从阳极通过电解 液到阴极这段距离的电压降，可占整个槽电压的30%-80%。某厂电解液中的电压降 大致为200-220mV,占整个槽电压的50-63%左右。式中：I是通过电解液的电流强度 A,R2表示电解液的比电阻（欧姆/cm2）。R2的大小主要是由电解液中的铜、镍、 铁、砷等离子浓度所决定。据介绍，每升电解液中增加1克铜，比电阻增大0.657%, 增加1克镍，比电阻增大0.766%,增加1克砷，比电阻增大0.0725。

4、在电解生产过程 中，一般认为随电流密度的提高，为保证电解质量,必须提高电解液中的铜离子浓度， 否则由于浓度极化严重,使靠近阴极板面的电解液出现铜离子不足的现象。但是电 解液中铜离子的浓度又不能过高，根据生产实际,当电流密度在305A/M2时，电解液 含铜达到58-65克/升时，结果不仅增加了电解液的电阻和槽电压，还容易导致阳极 钝化。这是由于阳极附近铜离子浓度升高，达到甚至超过硫酸铜的溶解度，从而使硫 酸铜结晶析出，阻碍阳极的正常溶解。根据现在的生产实践，电流密度在250 A/M2 左右，铜离子浓度控制在45-48克/升范围内较为合适,产出的电铜质量完全符合国 家标准。电解液中硫酸浓度也不宜太

5、高，由于电解液中游离酸的存在，在一定范围内硫 酸含量越高，导电性越好，可以降低槽电压，防止硫酸亚铜水解，产生氧化亚铜而污染 阴极铜。然而，如果游离酸过高，不但会影响硫酸铜的溶解度,造成结晶析出（硫酸铜 结晶薄膜覆盖于阳极板的表面）使阳极钝化，同时也将使电解液的比电阻增大。所以，一般游离酸浓度控制在160-180克/升左右为宜,不能过 高或过低。此外，还应加强电解液净化，以降低各种杂质的含量。为保证电铜质量， 防止阳极钝化和增加电解液的导电性,要求电解液中的各种杂质越低越好，尤其是以 硫酸盐形态存在的杂质，如锌、铁、镍都会增加溶液的电阻，降低硫酸铜的溶解度， 促使阳极钝化。不是硫酸盐形态存在的杂

6、质，如砷、锑，会提高电解液的粘度和比重, 影响阳极泥的沉降,还会增加它们在阴极析出的机会。总之,铜电解技术条件的控制首先是要保证阳极不钝化，如果出现钝化,则槽电 压猛增，单槽电压可超过1V以上,导致电铜质量和电耗等技术经济指标恶化。所以 只有不发生阳极钝化，才能获得较好的技术经济指标和低的电耗。因此，在铜电解生 产中采取低铜、中酸、低杂质的电解液降低槽电压是有利的。电流通过各接触点的电压降这部分电压降主要包括:阳极耳子与槽间导电棒之间的接触点、阴极耳畔与阴 极棒的接触点、阴极棒与槽间导电棒接触点的电压降。接触电压降与接触点的面 积、接触点清洁度等一系列因素有关。由电阻计算公式可知接触点面积越大

7、，其接 触电阻越小，故产生的电压降也越小，反之越大。所以面接触比点接触优越。当表面 不平或被电解液污染时，面接触就变成了点接触，使接触电阻增大。根据现场实际测 量，在阴极棒与槽间导电棒接触点干净时,其电压降仅为15mV，但在被电解液沾染以 后,其接触点电压竞高达170mV,因此说明保持各接触点清洁干净是十分重要的。这 部分电压降可占槽电压的30%-35%左右，其分布大致如下：阳极与槽间导电棒:15-50 mV;阴极棒与阴极挂耳之间：10-30 mV;阴极棒与槽间导电棒之间:30-50 mV;此项电压降,可以通过加强槽面操作管理来降低。如新阳极在投槽前，经阳极 加工修板,用钢丝刷刷净导电棒接触点

8、，出装槽后电解液会溅到导电棒上，各接触点 要及时地用水冲洗净，电解工操作应用清水喷洒各接触点等措施，都能起到良好的作 用。阴阳极间的电位差从理论上讲，阴极、阳极都是铜，故电极电位应该是相等的。但是由于在电解 的过程中存在着浓差极化，或因阳极铜含杂质过高，出现钝化，以及添加剂的加入等, 均能引起阴阳极电位发生差异。这个电位差其方向与外加电压是相反的。这项电压 一般随电流密度、电解液成分、电解液的温度变化而变化。当电流密度和电解液中 铜离子含量一定时，槽温的作用就非常显著，当温度提高时,可降低电解液的黏度，增 大电解液内铜离子的扩散速度,有助于消除浓差极化。据资料介绍，温度提高1C, 可降低电耗0.6-1度/吨，因此，一般控制槽温62-65C为宜。此外,在保证阴极铜质量的前提下，尽量减少骨胶的加入量，加强循环量控制， 都能减少极化作