电解槽技术研究及创新

刘益宏，黄 健

(1. 四川省讯益节能科技有限公司，四川 成都 610000； 2. 贵州省新材料研究开发基地，贵州 贵阳 550002)

0 前 言

传统电解槽材质为木质或塑料，且假底在槽体下方。隔膜架底面和假底的平面结合是该电解槽密封面。随着使用时间的增长、温度的变化，电解槽这两部分容易变形而产生裂纹，导致密封性变差，电解槽漏酸。温差大的地区，更容易出现此类问题，因为假底长期在40℃的槽液里，而隔膜架会在0℃放置，由于线膨胀系数不一致而变型。

电解槽体300 mm以下为储存阳极泥和阳极液的假底，此结构电解槽不易散热，电解液的流动性差。带来两个后果：一是浓度极差增大；二是电解槽液温度偏高不易控制。假底内产生大量的渣，工人必须下槽进行清理，一种方式是用铁铲将渣铲出电解槽，另一种方式将渣从电解槽底出口通入沟道和阳极液池，但生产环境都非常的脏乱差，还会经常造成阳极沟道和池子堵塞。

正因为上述缺陷，导致管理、技术指标(槽温、pH值、锰浓度)一直处于被动调控状态，从而带来生产环境脏、乱、差等一系列问题[1]。

1 传统电解槽的结构弊端

1.1 传统隔膜架的结构弊端

传统隔膜架的结构弊端如下：

1)极易产生粘布袋现象，阴极板板面易发生倒溶；

2)变形的阴极板和工人插板操作不当导致隔膜袋破损，槽液返酸；

3)由于隔膜袋是底部连体，上部分体的整体，破损一个隔膜袋则需整体更换，造成极大浪费；

4)隔膜架由塑料条和塑料棒通过人工焊接而成，焊缝过多，产品标准化程度极低，导致电解反应波动大。

1.2 传统电解槽体的结构弊端

传统电解槽体的结构弊端如下：

1)焊缝多，5个面的连接处均采用焊接连接；

2)槽内结构复杂，有假底、橡胶垫、阳极液溢流通道，清槽时脏乱差；

3)槽体采用分体焊接，强度低、易泄漏；

4)槽体采用RPP材料，比重大。

2 一体化电解槽新技术

一体化电解槽由某公司与某科学院新材料研究开发基地共同研发，是一种节能集约型电解锰生产装备(见图1)。一体化电解槽由隔膜系统组合体和电解槽体组成，该产品的结构特点为模块式标准化，由结构的变化带来节能降耗、清洁生产、增加效益。

2.1 产品设计目的和思路

主要解决当前电解系统的稳定性问题，使电解过程得以“平稳有序”进行。

电解金属锰电解过程中(见图2)，通过流体力学的原理和方法，控制电解槽“传质平衡”和“酸碱平衡”，增强系统的平稳性。

图1 电解槽结构

图2 电解金属锰电解机理

结构的改变使电解系统维持众多平衡，让被动的“亚稳态”转变为主动的“平稳性”，达到电解生产的高产低耗效果，实现清洁生产[2]。

2.2 隔膜系统组合体

2.2.1 隔膜系统组合体结构特点

1)结构一体化

将传统电解槽的假底部分集成在隔膜系统组合体上(见图3)，清槽时，阳极泥随隔膜系统组合体的吊出而移出电解槽，并且设计了行车吊起阳极板的吊具。实现了清洁生产；清槽不用更换电解液；机械化清槽，节省劳动力；节约大量清槽时间，从而延长电解时间。

2)独特的阴阳极室设计

一个隔膜系统组合体由N个标准单元模块组装而成(见图4)，阴极室内设计有护板。有效定位阴极板，使阴极板居中，不易出现粘布袋现象；彻底解决隔膜袋被阴极板划破的现象；分体式隔膜袋的设计便于更换。

图3 隔膜系统组合体

图4 隔膜系统组合体(6单元格)

3)模块化标准单元组成隔膜系统组合体。

组装、拆卸、更换方便快捷；电解槽密封性好，实现酸碱平衡。

2.2.2 产品材料

该产品为复合工程塑料材质，通过添加无机材料，提高材料的强度、热变形温度和尺寸稳定性，该材料具有优良的耐酸性、耐碱性、绝缘性。适宜广泛应用于电解槽材料，同时该材料还可以循环利用，是环境友好型绿色材料，对环境无污染。

2.2.3 隔膜系统组合体的密封性

标准单元并列排列(见图5)，接触面采用橡胶密封圈，用不锈钢拉杆系统精确定位固定，实现完全可靠的紧密配合，在生产过程中不易变形，保持良好的密封性，电解生产过程中，基本不加氨水。

图5 一体化电解槽概念图

2.3 电解槽体

2.3.1 结构特点

1)整体式：整个槽体由骨架(加强筋)包裹(见图6)。

2)槽内无假底：内壁、底部光洁平整，易于清洁。

3)强度高：槽底采用折弯工艺，无焊缝。

4)槽体采用PPH材料：抗腐蚀强、抗冲击性强、使用寿命长。

图6 电解槽槽体

2.3.2 技术优势

1)通过将传统电解槽体中的假底部分集成在隔膜系统组合体上，避免了工人下槽清理阳极泥时脏乱差的环境；

2)可以将冷却水管布置至槽体底部，大大增加了热交换面积，控制槽温更容易；

3)隔膜系统组合体包括了电解部分和假底部分，都独立于电解槽体之外，锰液在槽内流动性增加，进而降低了锰离子的浓度极差，使电解系统更加平稳。

2.4 新技术清洁生产程序

1)准备好清槽专用工具：组合体夹具、阳极板清理车、组合体清理渣槽、阳极板夹具；

2)行车吊出阳极板放置于阳极板除渣槽内，阳极板在阳极板内清理；

3)行车吊出隔膜系统组合体，放置于组合体清理渣槽中；

4)于清理槽中，小心拧开前、后端阳极室盖板锁紧螺帽，打开盖板后，清理阳极室内的阳极泥，待清理槽内阳极泥自然沉降后，将分离出的阳极液回收至阳极液系统，阳极泥有效收集；

5)不需更换电解液，用行车将备用的隔膜系统组合慢慢放置于电解槽中央，插入阳极板后，补充电解液，调节溶液工艺指标，插入阴极板恢复生产；

6)将隔膜系统组合体放置于专用浸泡槽中浸泡。注意检查浸泡液组分浓度，浸泡处理时应将组合体倒置进行；

7)浸泡到规定时间后，于浸泡池中吊出组合体至清洁场，用高压水枪清理组合体。注意清洗处理时应将组合体倒置进行；

8)清洗完毕后，将拉杆锁紧螺帽松动，便于检查隔膜袋的破损情况，更换或修补隔膜袋。检查无误的组合体锁紧螺帽后平整放置于洁净干燥通风的库房，待用。

3 对比分析

不同厂家使用原电解槽和新型电解槽的电流效率对比见图7。

使用一体化电解槽生产1 t电解锰的统计数据见表1。

图7 电解槽电流效率对比

表1 用一体化电解槽生产1 t电解锰的指标

4 结 论

1)电解锰产量增加8.8%，吨锰产品节约电545.6 kW·h；

2)电解基本不用氨水，氨水消耗量减少；电解槽锰浓度均匀，槽况稳定，单板产量提高，阳极渣减少，锰回收率提高。减少了硫酸、矿粉、二氧化硒等消耗，大幅度降低了生产成本[3]；

3)采用专用吊具，实现了机械化操作，减少阳极板的损坏，并改变了生产现场脏乱差的现状；定点有效回收阳极渣和液体；清槽时间缩短，增加了有效电解时间；清槽不需换液体，节约了成本；

4)在特殊情况(停电、断液、停产)下，一体化电解槽相较于传统电解槽，槽况稳定。