缩短极距对电解金属锰生产中直流电耗的影响

2021-05-12梁万德闭伟宁农富钧陆柳春廖英欢覃金山黄明纯

中国锰业 2021年2期

梁万德，闭伟宁，农富钧，陆柳春，廖英欢，覃金山，黄明纯

(南方锰业集团有限责任公司大新锰矿分公司，广西大新 532315)

0 前言

锰是一种十分重要的战略资源，广泛应用于冶金、化工、电子、电池、农业等部门[1]。自从1935年美国矿业局电解法生产金属锰以来，国际上主流采用的生产方法一直都是中性MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系电解液进行隔膜电解生产[2]，但是采用这种方法进行电解生产金属锰的电流效率不高，导致成本居高不下。随着资源的日益紧张，锰矿石等原料的价格也是日益高涨，电解金属锰行业的节能降耗势在必行[3]。目前，郑凡[4]等报道了采用阴离子交换膜，将阴离子隔离在阴极区，可以将电流效率提高到68%，电解槽的槽压比传统电解槽低约0.5 V，无硒电解沉积吨锰能耗降至5 700 kW·h。周元敏[5]等报道在电解槽中添加SeO2、氨、(NH4)2SO4等添加剂，稳定电解液，起到增产降耗的作用。赖颖明[6]报道了不同添加剂对于电解金属锰的影响，指出当添加剂SeO2的含量达到0.03 g/L以上时，电流效率可以达到74%甚至更高，极大的减少电能的消耗。在目前生产技术条件下，采用缩短极距的方法可以使电解金属锰生产的平均单板产量上升0.04 kg/张，吨锰产品的平均直流电电能消耗下降约138.29 kW·h/t，电解生产效率有比较显著的提升，成本消耗有比较明显的下降。

本实验通过缩短极距的方法，将原电解金属锰生产的常规极距缩短6 mm进行电解金属锰生产，对电解生产过程中的直流电输出、电解槽压、电解金属锰产量及电解过程的粘袋情况进行跟踪，为通过缩短极距来降低电解金属锰生产的成本消耗提供可行性依据。

1 实验方法

在车间选定4个电解槽进行电解生产实验跟踪，其中两个槽作为实验跟踪槽，两个槽作为对比槽，4个槽要求在同一天清槽，保证基础条件基本一致。实验槽装极距为比常规极距小6 mm的隔膜框，对比槽装极距为常规极距的隔膜框，实验跟踪期间加强电解金属锰生产“三大指标”的跟踪与调控，保证跟踪所得结果真实可靠。

2 实验结果与讨论

为保证在电解生产过程中各项数据的可比性，在实验跟踪前进行电解槽的选取，并在同一天进行清槽，且两种不同极距槽均装相同数量的阴极板进行电解生产，待生产情况稳定后，收集槽电压、极板电流及电解金属锰产量等数据。经过记录收集，得到3个批次的平均单板电流、平均槽电压及平均单板产量对比情况(见表1)。

表1 两种不同极距极板生产电解金属锰的指标对比

由表1数据情况可以看出：在直流配电输出相同，平均单板电流一致的情况下，极距缩短6 mm后，槽电压明显比常规极距的槽电压低，电解金属锰生产的单板产量比常规极距的高。

3 经济效益分析

在电解金属锰生产过程中，根据式(1)和式(2)[2]可以得出：在理想状态下，采用常规极距槽与极距缩短6 mm极距槽的电解金属锰的电效与电解吨锰电耗情况见表2。

电解金属锰的电效=阴极板锰重量×1 000÷(电流×电解时间×锰电化当量×电解槽数)×100%

(1)

吨锰电能消耗=V槽压×1 000÷(锰电化当量×阴极板电效)

(2)

锰电化当量=1.025 g/(A·h)[2]

表2 两种不同极距极板生产电解金属锰的电效及电耗对比

由表2数据情况可以看出：经过3个批次的跟踪，所得实验槽的电解金属锰生产的电效都明显高于实验对比槽的电效，吨锰电能消耗都明显低于实验对比槽。在实验槽与实验对比槽电效差距最大的批次中，实验槽的电效比实验对比槽高1.92%，而在电效差距最小的批次中，实验槽的电效比实验对比槽高0.21%。最大吨锰电能消耗差距达到192.57 kW·h/t，最小吨锰电能消耗差距也有99.21 kW·h/t，平均值达到了138.28 kW·h/t。以这3个批次的电解金属锰生产的电能消耗差距的平均值138.29 kW·h/t及广西区域的工业生产电能消耗的单价0.50元/kW·h计算，每电解1 t金属锰产品，缩短极距6 mm的直流电成本消耗可减少约69.14元；此外，实验槽的平均单板产量比对比槽高0.04 kg/张。实验槽的电解金属锰产量更加理想，对于一个高能耗产业来说，效益相当可观。