大极板铅电解工艺的投产实践与设计优化

李 涛



大极板铅电解工艺的投产实践与设计优化

李 涛

本文主要介绍大极板铅电解工艺特点和投产中易出现主要问题分析等，并提出对大极板铅电解的设计优化。

铅电解； 大极板； 问题分析； 设计优化

近几年我国铅电解精炼技术发展迅猛，新建铅电解精炼车间大多采用大极板铅电解工艺，大大提升和改善了我国铅电解精炼的工艺及装备水平，对提升规模化生产，提高劳动生产率、降低能耗、改善环境和提高资源利用率具有十分重要的意义。

采用大极板、大电解槽、长周期生产后，阳极板和始极片的制作、阴阳极自动排距、阴极板和残极板的洗涤、铅锭浇铸等均实现了大型化、机械化、自动化，使我国铅电解技术及装备达到了国际先进水平。

1 大极板铅电解的特点

大极板铅电解有以下特点：

(1)采用阳极立模浇铸机组生产阳极板，阳极板浇铸质量好，表面光滑平整，大小耳垂直度好，使得短路现象得到明显改善。

(2)采用大极板生产工艺，阴极板单片的有效面积达2.0 m2，大极板电解的电流密度可以控制在130～145 A/m2之间。低电流密度生产条件下，槽电压较低，直流电耗仅为～115 kW·h/t。

(3)大极板电解生产周期一般为7d，采用双钩绝缘吊车，自动旋转吊架，实现了阴/阳极同时装槽，减少吊车工和槽边工的作业时间及次数，可以大大减轻工人的劳动强度，使得单位时间内劳动效率相对较高。

(4)大极板电解实际生产的残极率约为38%，较小板电解的残极率低很多。残极率低，意味着返回火法工序重熔的铅量少，消耗的燃料也少，占用的流动资金也越少，对企业生产运营有利。

(5)大极板电解采用阴阳极板自动排距机组、阴极制造机组、阴极铅洗涤抽棒机组等，相应减少厂房占地、极板倒运工作、劳动定员，减轻工人劳动强度，提高了工作效率。

2 投产中易出现的主要问题分析

2.1 阴极铅板电解过程中断板问题

图1 刚入槽的耳部有开口的始极片板

大极板铅电解的生产周期为7 d，投料生产过程中，当电解进行到3～4 d后，发现有些阴极铅板吊耳处有裂纹，甚至有些已经开始出现裂口(见图1)。操作工检查短路时，提出阴极铅板，就发生断板，阴极铅板掉入电解槽内，捞取断板相当困难。当电解一个周期后，阴极铅板的重量达到195 kg，采用吊车出槽时，发现每槽都有一些阴极铅板断板，给生产造成很大麻烦(见图2)。通过分析发现，主要是铜棒垂直度没有达到要求和始极片压紧面与铜棒底部的间隙太小造成的。

图2 电解过程中阴极铅板脱落

解决方法：①阴极导电棒在使用前，必须由专人对导电棒的垂直度进行检查，保证导电棒的垂直度不大于1 mm； ②可以对机组的压紧装置进行适当调整，将始极片压紧面与铜棒底部的间隙调整到合理位置；③在阴阳极自动排距机组上，对始极片进行人工检查，剔除已有暗伤的始极片。

2.2 阴阳极排距中心没有对齐

阴阳极自动排距机组排出的阳极板和阴极板中心没有对齐(见图3)。阴阳极板入槽后，搭接在槽间导电棒和绝缘垫块上，本身就形成约5°的倾斜度。电解时由于电力线密度不同导致阴极板左右两边析出的铅量不均衡(见图4)，不仅影响了阴极铅的质量，而且由于左右重量不平衡易将阴极板撕裂，这可能也是导致电解槽内阴极板频繁断裂的原因之一。建议在阴阳极自动排距机组上增加限位挡板，保证阴阳极中心对齐。

图3 阴阳极自动排距中心没有对齐

图4 阴极铅板表面析出铅情况

2.3 铜棒研磨机组研磨效果不理想

目前已投产的大极板铅电解车间，无论是引进机组和国产机组，在投料生产的时候，铜棒研磨机组的研磨效果均不理想。引进机组一般采用钢刷对阴极导电棒进行研磨，研磨出的阴极导电棒表面不光亮、有污渍，甚至有时将导电棒的外包铜皮(厚度约1.5 mm)已经磨掉。目前国内已有厂家对铜棒研磨机组进行改造，采用超声波清洗机和漂洗机将阴极铜棒清洗干净，效果较理想。建议铜棒进入研磨机组之前，人工对导电铜棒进行筛选，将垂直度大于1 mm、表面不平整、脱皮等不合格导电棒剔除后，再进行研磨工序。

2.4 阴极洗涤抽棒机组卡壳问题

阴极洗涤抽棒机组主要问题集中在抽棒工序。比如：抽不出阴极铜棒，抓破阴极铜棒的铜皮等。导致机组经常卡顿，影响正常生产。产生的原因主要是：①阴极铅板在受力状态下抽棒；②抽棒机敲击力太小，而机械手抓力过大，导致铜棒和阴极铅板上部一起拉断。

解决方法：将析出的阴极铅板平行输送至抽棒工序，通过液压装置抬起导电棒，端部快速敲击，机械手抽棒等。在调整敲击力恰当的情况下，抽棒机运行状况良好。

3 大极板铅电解工艺设计优化

3.1 减少低空污染的措施。

无论大极板电解和小极板电解，熔铅锅处低空污染都是铅电解车间的一个主要问题。目前的通风系统主要由1台风机、2～3台通风罩和室外布袋收尘(干式)组成，此系统虽然能保证正常的抽气量，但在除杂和加残极的过程中，瞬时的气量特别大，此系统不能满足要求。因此实际生产时，建议配置两台风机，在除杂和加残极过程中，两台风机串联，共同作用一台铅锅，保证瞬时风量足够大；同时通风罩加装螺旋叶片，形成漩涡进风，保证通风效果；室外收尘采用湿式收尘，减少污染物排放。

3.2 阳极立模铸造机组。

目前，国内铅阳极板的制造普遍采用从日本进口的阳极立模铸造机组(见图5)，能力为～84块/h。该机组的能力刚好对应10万t/a产能的电解车间，一旦机组出现故障，将直接影响到电解车间的正常生产。该机组在长期运行过程中发现，移栽小车是故障频发点，解决移栽小车的问题就解决了机组的问题。国内某厂家制造出去掉移栽小车的阳极立模铸造机组(见图6)，在某冶炼厂已进行试生产，该机组采用一对一设计，既一台浇铸锅对应一组排板架，机组的能力提升到约100～110块/h，机组的可靠性得到明显改善。

图5 进口单组排架的阳极立模铸造机组

3.3 残极率指标的改进

国内大极板电解时液面位置与阳极板凹处距离约25～30 mm左右，导致实际生产中残极率偏高。目前生产中残极率一般控制在～40%左右，与国外电解车间残极率指标～38%有差距。建议以后设计时可采取某些措施使残极率降低：①将阳极板铸模修改，将阳极板两耳间凹处加深，保持与液面之间的距离～10 mm；②控制液面高度，可以通过调节溢流管的高度来实现。通过以上措施的实施，相信残极率可达到国外先进水平。

3.4 自动吊车

由于阴阳极板尺寸的增加，阴阳极板的重量增大，电解槽尺寸增大，阴阳极板数量的增多，如果采用传统普通吊车，出装槽的定位需要人工辅助来实现，工人劳动强度较大。而采用自动吊车，可以解决以上问题。由于自动吊车没法旋转，因此要求阳极板双耳对称一致。自动吊车配套的功能要求：全景驾驶室(可移动)、防摇摆装置及接液盘、红外定位系统、PLC控制等。对于没有采用自动吊车的电解车间，也可以考虑吊车上增加接液盘，可以减小吊车行走过程中滴下的电解液对槽边导电母排的腐蚀。

3.5 短路开关

铅电解的槽间短路一般采用搭接铜板短路，容易出现接触点温度高，烧坏铜板等问题。

而铜电解采用短路开关进行短路，一次短路一组电解槽，尽管增加铜导电母线长度，降低槽利用率，但是可以减少铜排烧坏现象，大大减轻工人劳动强度，并可以实现远程控制。

3.6 无线传感器监控系统

无线传感器监控系统采用先进的无线传感技术，可监控一个或两个电解槽的电压和温度。它具有良好的数据分析和先进的自诊断功能，而且没有腐蚀。无线传感器监控系统可集成在自动吊车上，也可以直接安装在现场，对整个电解车间的生产状况进行实时查看，同时将所有偏差集中并及时地采取纠正措施，改善产品质量，提高机组作业率、车间控制水平以及维护和管理水平。

4 结论

近年来，大极板铅电解工艺在国内的应用，提升了整个铅电解行业工艺技术、促进了电解设备的大型化、集成化、机械化和自动化，缩小了我国铅电解工艺水平与发达国家的差距，改善了各项技术经济指标，具有明显的社会经济效益。笔者仅对投料生产中出现的问题及改进措施进行介绍，并对以后大极板铅电解车间设计提出了一些浅显的想法，供同行探讨。

[1] 钱清，张永平等.铅电解精炼大极板装备新工艺介绍.第十届全国铅锌冶金技术及生产装备研讨会论文集[C]，2008：252-255.

[2] 邹强.云南驰宏锌锗大极板铅电解精炼技术引进及思考[J].中国有色冶金, 2009，(6).

[3] 徐华军.大极板和小极板铅电解的比较 [J].中国有色冶金, 2012，(5).

我国节能环保产业加快发展

随着经济发展进入新常态，“两高”行业保持较低增速，产业结构和能源结构不断优化，节能环保产业快速发展，先进节能环保技术积极推广，发展质量和效益不断提升。今年上半年全国单位GDP能耗同比下降5.9%，二氧化硫、化学需氧量、氨氮、氮氧化物排放总量继续保持较快下降，节能减排的有利因素正在积聚发力，节能减排进展总体顺利。

一是产业结构显着优化。上半年，重工业用电量同比下降0.9%，第三产业用电量同比增长8.1%。从高耗能产品产量看，上半年，焦炭、烧碱、水泥、平板玻璃等高耗能产品产量同比分别下降3.4%、1.9%、5.3%、4.2%。

二是技术水平不断提高。单位产品能耗是反映产业技术水平的重要指标。通过大力实施节能减排技术改造，能效水平明显提升，2014年，火电机组供电煤耗降至319 g/(kW·h)，远超“十二五”末达到325 g/(kW·h)的目标。今年上半年全国供电煤耗率为314 g/(kW·h)，同比下降3%。

三是能源结构不断优化。上半年，原煤产量同比下降5.8%，天然气、原油保持平稳增长，可再生能源加快发展，能源结构进一步优化。据国家能源局统计，上半年，6 000 kW及以上电厂发电量同比增长8.7%，其中水电、火电、核电、风电分别增长5.7%、6.4%、24.5%和26.8%，电力结构进一步优化，有力促进了能源结构调整。

四是节能环保产业酝酿较大突破。行业产值保持较快增速，产业集聚发展势头明显，涌现出一批节能环保科技产业园区，为消费者打造节能环保一站式服务，提供诊断、方案设计、工程建设等一条龙服务，为节能环保企业提供融资、商事、上市等优质服务，培养集聚了一批成长性较好的企业。

下一步，国家发改委将会同有关部门，深入贯彻落实党中央国务院重要决策部署，高举生态文明建设大旗，以实现“十二五”节能减排约束性目标为核心任务，推动工作取得实际成效。

一是坚持不懈推进节能减排。做好2014年省级人民政府节能目标完成情况现场考核结果的应用，对完成“十二五”节能减排目标难度大的地区开展专项督查。加强节能减排形势分析和监测预警，及时按月发布各地节能目标完成情况晴雨表。完成50项节能国家标准制修订工作，实施能效“领跑者”制度，发布空调、冰箱、平板电视产品领跑者制度细则。推动制订能评条例，明确能评事中事后监督检查，形成能评闭环管理。

二是促进循环经济做大做强。印发园区循环化改造示范试点、国家“城市矿产”示范基地、餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点等中期评估和考核验收管理办法。出台《电动汽车动力电池回收利用技术政策》。发布《关于加快发展农业循环经济的意见》，配合有关部门研究完善资源综合利用相关税收优惠政策。发布《国家鼓励的节水设备(产品)目录(2015年版)》。

三是加强环境保护。落实京津冀协同发展生态环保率先突破战略，推动印发《京津冀协同发展生态环境保护规划》。深入开展环境污染第三方治理试点，引导社会力量投入环境污染治理，及时总结可复制、可推广的模式经验。大力推行清洁生产，发布重点行业清洁生产评价指标体系，修订《清洁生产审核暂行办法》。推动水污染防治有关工作。

四是完善经济政策。严格落实差别电价、惩罚性电价、脱硫脱销除尘电价等政策，取消地方擅自出台的优惠电价。开展节能减排重大技术试点示范，支持创新性技术推广应用。努力破解节能环保市场的行业和地区垄断、保护，建立全国统一、公平透明、监管有效的市场体系，支持节能环保产业园区建设。

五是加强节能环保执法监管。严格落实新修订的《环保法》，切实加大监管力度，明确企业和各级政府的法定责任，加大违规行为处罚力度。加快推进节能环保数据的开发，鼓励各地区各部门依托大数据、云计算、物联网等信息化手段，探索实行“互联网+监管”等新模式，努力构建“制度+技术”的有效监管体系。

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

Production practice and design optimization of lead electrolysis process for large plate

LI Tao

The paper introduces the process features of lead electrolysis for large plate and analyzes major problem encountered during operation, as well as offers design optimization of lead electrolysis for large plate.

lead electrolysis; large plate; problem analysis; design optimization

李 涛(1983—)，男，陕西渭南人，硕士，工程师，从事有色冶金工程设计工作。

2015- 01- 30

TF812

B

1672- 6103(2015)06- 0036- 04