锌电解系统的停复产方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及锌电解系统的停复产方法。


背景技术：

2.当前在大型湿法炼锌企业中，锌电解系统长期运行后设备设施磨损腐蚀，管道、槽罐结垢堵塞严重，停产检修至关重要，且锌电解作业通常采用2.6m2以上大极板，年度大检修中停复产过程存在效率低、安全风险高、成本高等系列问题。
3.锌电解系统的现有停产方法是：直接对系统断电，断电后，极板和电解液都在电解槽中，随后出极板，将极板从电解槽中取出来。
4.现有的停复产方法存在许多不良问题，具体地，第一，断电后电解液与阴极板直接接触，会导致阴极析出的锌与电解液中的硫酸反应，造成锌返溶。而且电解槽内的阳极板(铅银合金板)在电解液的长期浸泡下也发生溶解，造成阳极板腐蚀和电解液含铅升高，影响极板寿命和锌片质量。第二，在直流断电后，阴极析出锌与槽内电解液发生化学反应而快速返溶，这个过程会释放大量氢气，当氢气浓度高于一定值时，遇火源则发生爆炸，存在重大安全隐患。第三，极板包括阴极板和阳极板，由于电解槽内阴极板和阳极板的数量巨多，且单片质量较大，只能依靠机械出装槽作业，而机械出装槽过程耗时较长(长达30小时以上)，即阴极板、阳极板直接与电解液接触的时间较长，进一步加剧了锌返溶、阳极溶解造成的电解液含铅超标的不良问题。此外，还需较大的场地堆放极板。第四，现有的停复产方法劳动强度大，停产时间长，造成了重大的经济损失，容易出现安全环保事故。
5.因此，有必要对现有的锌电解系统的停复产方法进行改进。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上改善上述技术问题的至少之一。
7.为改善上述技术问题，本发明提供锌电解系统的停复产方法，所述方法包括：
8.逐渐降低锌电解系统的电流密度，同时进行第一抽液，使电解槽内的第一电解液的液面高度逐渐降低；
9.当所述电解槽内的所述第一电解液的液面高度降低到低液位时，停止进行所述第一抽液，进行断电；
10.进行第二抽液，抽出所述电解槽内剩余的所述第一电解液；
11.将所述电解槽内的极板吊出，进行清槽；
12.向所述电解槽内加入所述极板，加入第二电解液，通电，再加入所述第一电解液，恢复正常生产。
13.由此，本发明方法可以实现电解槽内的电解液与阴极板、阳极板的快速分离，可以有效的防止阴极析出锌返溶、以及阳极溶解造成的电解液含铅超标，本发明的方法在停产时几乎无析出锌返溶损失，复产时可直接产出0#锌。此外，本发明方法还具有易于作业、省时安全、高效快捷、低劳动强度、高经济效益等优点，可保证停复产检修作业的顺利进行，同
时便于对槽间导电铜排、绝缘支撑进行维护更换，进一步提高经济效益。
14.根据本发明的实施例，所述进行第一抽液至所述进行断电的时间为1-2小时。由此，本发明方法可以在1-2小时内实现电解槽内的阴阳极板与电解液的快速分离。
15.进一步地，所述进行第一抽液包括：采用虹吸装置，将所述电解槽内的所述第一电解液抽出。
16.根据本发明的实施例，所述锌电解系统的电流密度通过以下方式降低：将锌电解系统的电流密度由第一电流密度降低到第二电流密度；从所述第二电流密度继续降低电流密度，同时进行所述第一抽液，当锌电解系统中的第一电解液的液面高度降低到半槽时，使电流密度降低到第三电流密度；从所述第三电流密度继续降低电流密度，直至断电。
17.根据本发明的实施例，所述第一电流密度为360-420a/m2，所述第二电流密度为100-160a/m2，所述第三电流密度小于50a/m2。
18.根据本发明的实施例，电流密度从所述第一电流密度开始降低时，逐渐降低加入到所述电解槽中的硫酸锌溶液的体积；当电流密度为所述第二电流密度时，停止向所述电解槽中加入所述硫酸锌溶液，同时进行所述第一抽液。
19.根据本发明的实施例，所述低液位是电解槽中第一电解液的液面淹没所述极板底部10-15cm的位置。
20.根据本发明的实施例，所述在进行清槽之后，所述方法包括以下步骤：向所述电解槽内加入极板和第二电解液；当所述电解槽内的所述第二电解液的液面至所述低液位时，通电；逐渐加入所述第一电解液，使所述电解槽内的所述第一电解液和所述第二电解液的混合液的液面高度逐渐升高，直至达到满槽的高度；逐渐提高锌电解系统的电流密度至正常生产时的电流密度。
21.根据本发明的实施例，所述第一电解液中的酸含量大于所述第二电解液中的酸含量。
22.根据本发明的实施例，所述第一电解液、所述第二电解液均包含硫酸；所述第一电解液中的硫酸含量为140～180g/l；所述第二电解液中的硫酸含量为0.0005g/l。
23.根据本发明的实施例，所述电解槽包括第一子槽系列和第二子槽系列；
24.所述吊出位于电解槽内的极板和将所述极板加入所述电解槽通过以下方式进行：将所述第一子槽系列中的极板吊出，对所述第一子槽系列所对应的电解槽进行清槽；将所述第二子槽系列中的极板吊出，直接将其吊至第一子槽系列所对应的电解槽中；对所述第二子槽系列所对应的电解槽进行清槽，将从所述第一子槽系列中吊出的极板吊至所述第二子槽系列所对应的电解槽中。
附图说明
25.图1是本发明中，锌电解系统的停复产方法流程图；
26.图2是本发明一些实施例中，降低锌电解系统的电流密度的方法流程图；
27.图3是本发明一些实施例中，在进行清槽之后，进行复产的方法流程图；
28.图4是本发明一些实施例中，吊出位于电解槽内的极板和将极板加入电解槽的方法流程图。
具体实施方式
29.下面详细描述本技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂未注明生产厂商者，均为可以通过市场购买获得的常规产品。
30.为改善上述技术问题，本发明提供一种锌电解系统的停复产方法，参考图1，所述方法包括：
31.s100、逐渐降低锌电解系统的电流密度，同时进行第一抽液，使电解槽内的第一电解液的液面高度逐渐降低
32.根据本发明的一些实施例，可以利用虹吸原理进行第一抽液。例如，所述进行第一抽液包括：采用虹吸装置，将所述电解槽内的所述第一电解液抽出。但是抽液方式并不限于用虹吸装置，也可以利用其它方式进行抽液，只要能将电解槽中的第一电解液抽出，使电解槽中的液面高度降低即可。
33.步骤s100中，锌电解系统保持通电的状态，而锌电解系统在通电状态下，阴极析出的锌不容易与电解液发生反应，阳极中的铅也不容易与电解液发生反应，即不容易发生锌返溶，也不容易导致电解液中的铅超标。
34.锌电解系统在通电状态下，当电流密度降低到锌片复溶的临界电流密度以下时，电流越低，阴极析出的锌越容易返溶。然而，锌电解系统的电流密度是针对整个极板的面积而言的，本发明中电流密度的降低和第一抽液同时进行，第一抽液可以使电解槽内的第一电解液的液面高度逐渐降低，与第一电解液相接触的极板的面积逐渐减小，因此，在第一抽液的过程中，与第一电解液相接触的极板的局部电流密度高于锌电解系统的电流密度，因此存在锌电解系统的电流密度小于等于锌片复溶的临界电流密度，但局部电流密度大于锌片复溶的临界电流密度的情况，此时阴极析出的锌不返溶。也就是说，本发明采用的在逐渐降电流的同时逐渐抽取第一电解液的方式，可以进一步防止阴极的锌返溶。
35.根据本发明的一些实施例，在降低锌电解系统的电流密度的同时，还可以降低槽温，因为在断电时，阴极析出的锌会与电解液发生反应，导致锌返溶。而温度越高，锌返溶的速率越大。降低槽温可以降低锌返溶的速率，进一步防止锌返溶。但是槽温不能过低，如果槽温过低，会降低断电前的电解效率。
36.根据本发明的一些实施例，降低槽温的方式可以是开启所有的冷却塔风机。开启所有的冷却塔风机可以有效的降低槽温，此外，开启所有的冷却塔风机还可以及时抽送厂房内可能产出的氢气，降低安全风险。具体地，抽液和降电流可能存在不平稳的情况，该过程可能会有锌返溶产出氢气，氢气浓度高于一定值时，遇火源则发生爆炸，存在重大安全隐患，而开启所有的冷却塔风机可以降低爆炸风险。
37.锌电解系统正常工作时，电解反应过程是放热的，为了使电解过程的温度恒定，可以在电解槽上设置循环管道，使电解槽中的第一电解液可以通过循环管道排出到电解槽之外，降低第一电解液的温度，随后具有较低温度的第一电解液中会补入一定量的第二电解液，形成混合液后，再通过循环管道再加入到电解槽中，通过动态的抽出部分第一电解液、补入第二电解液的方式，可以使电解过程的温度保持恒定，同时还可以使电解槽中的液面维持在一个稳定的高度。
38.根据本发明的一些实施例，参考图2，所述锌电解系统的电流密度通过以下方式降低：
39.s110、将锌电解系统的电流密度由第一电流密度降低到第二电流密度
40.锌电解系统正常工作时，阴极的硫酸锌变成单质锌，第一电解液中的硫酸锌的浓度会不断下降，为了维持硫酸锌的浓度平稳，需要不断的向第一电解液中补充含有硫酸锌的第二电解液。
41.电流密度从所述第一电流密度开始降低时，此时由于电解反应消耗的第一电解液中的硫酸锌的含量不断降低，相应的补充到电解槽中的硫酸锌的含量也逐渐降低，即逐渐降低加入到所述电解槽中的硫酸锌溶液的体积；
42.当电流密度为所述第二电流密度时，停止向所述电解槽中加入所述硫酸锌溶液，同时进行所述第一抽液。当开始抽电解槽中的第一电解液时，如果继续向电解槽中加入硫酸锌溶液，将降低第一电解液的抽出效率，因此，进行第一抽液时，需要停止循环管道中液体的循环，具体地，需要停止向电解槽中加入第二电解液、停止将第一电解液从电解槽中抽出、以及停止向电解槽中加入冷却后的第一电解液。
43.在本发明的一些实施例中，第一电流密度为360-420a/m2，所述第二电流密度为100-160a/m2，第二电流密度在锌电解系统正常作业时可以保证锌片不复溶。
44.s120、从第二电流密度继续降低电流密度，同时进行第一抽液，当锌电解系统中的第一电解液的液面高度降低到半槽时，使电流密度降低到第三电流密度
45.虽然继续降低电流密度，会使锌电解系统的电流密度小于锌片复溶的临界电流密度，但是在降电流的同时，在不断的抽取第一电解液，与第一电解液相接触的极板的面积是不断降低的，因此存在局部电流密度大于锌片复溶的临界电流密度的情况，也就是说，在逐渐降电流的同时，通过逐渐抽取第一电解液，可以进一步防止阴极的锌返溶。
46.在本发明的一些实施例中，第三电流密度小于50a/m2。
47.s130、从第三电流密度继续降低电流密度，直至断电
48.由于断电前，已经将电解槽内的大部分第一电解液抽出，因此断电后，与极板相接触的第一电解液的量是很少的，即便阴极的锌与第一电解液发生反应，锌返溶的反应位点也很少，发生锌返溶反应的锌含量也很少。而现有的锌电解系统的停产方式是直接断电，在断电之前不抽取电解液，现有的与极板相接触的第一电解液的量是很多的，锌返溶的反应位点很多，发生锌返溶的量是很多的。因此，与现有方法相比，本发明方法具有更少的锌返溶反应位点，本发明方法可以有效的控制锌返溶。
49.s200、当电解槽内的第一电解液的液面高度降低到低液位时，停止进行第一抽液，进行断电
50.根据本发明的一些实施例，所述低液位是电解槽中的液面淹没所述极板底部10-15cm的位置。由此，本发明在电解槽内的第一电解液的液面高度较低时，进行断电，可以实现主动断电。
51.如果直接将电解槽内的第一电解液抽完，将导致被动断电，而被动断电会损坏供电设备，且存在重大安全隐患。具体地，锌电解系统包括多个电解槽，多个电解槽的电路之间互相串联，多个电解槽中只要任意一个电解槽断电，其它电解槽也会断电。然而多个电解槽之间的抽液速度可能不同，即存在部分电解槽可能会出现阴极析出的锌与第一电解液直
接接触的情况，在断电时可能会出现锌返溶，在锌返溶的过程中会释放大量氢气，当氢气浓度高于一定值时，遇火源则发生爆炸，存在重大安全隐患。也就是说，被动断电存在重大的安全隐患。本技术采取主动断电的方式，可以避免上述不良问题的发生。
52.根据本发明的一些实施例，所述进行第一抽液至所述进行断电的时间为1-2小时，即步骤s100至步骤s200的时间为1-2小时。本发明方法可以在1-2小时内实现电解槽内的电解液与阴极板、阳极板的快速分离，可以有效的防止阴极析出锌返溶、以及阳极溶解造成的电解液含铅超标，本发明的方法在停产时几乎无析出锌返溶损失，复产时可直接产出0#锌。
53.s300、进行第二抽液，抽出电解槽内剩余的第一电解液
54.由此，本发明采用先抽取部分电解液、后断电，最后将剩余电解液抽完的方式，可以实现电解液与极板的分离，可以有效的避免阳极板长期浸泡在电解液中而造成电解液含铅超标，复产时可直接产出0#锌，提高了经济效益。而且，本发明在逐渐抽取电解液的同时，逐渐降低电流密度，可以进一步防止阴极析出的锌返溶。
55.s400、将电解槽内的极板吊出，进行清槽
56.将极板从电解槽内吊出之后，可以对电解槽内的结垢做全面清理，同时可以直观了解过往生产中掏槽的效果，指导后续工作。
57.在锌电解系统的工作过程中，槽间导电铜排、绝缘支撑等固件存在因高温或长时间承重而疲劳变形、损坏等情形，引起极板导电头的搭接不实，造成锌电解过程成本增加。
58.在清理电解槽内结垢期间，可以同时对未有极板搭压的槽间铜排、绝缘支撑等进行维护更换，方便快捷。
59.实现停产检修之后，可以快速复产，转入正常生产。
60.s500、向电解槽内加入极板，加入第二电解液，通电，再加入第一电解液，恢复正常生产。
61.具体地，步骤s500包括以下步骤：加入第二电解液的液面至低液位时，通电，渐加入所述第一电解液，使所述电解槽内的所述第一电解液和第二电解液混合液的液面高度逐渐升高，直至达到满槽的高度；逐渐提高锌电解系统的电流密度至正常生产时的电流密度。
62.根据本发明的一些实施例，在进行清槽之后，参考图3，进行复产的方法包括以下步骤：
63.s510、向电解槽内加入极板和第二电解液
64.所述第一电解液中的酸含量大于所述第二电解液中的酸含量。也就是说，复产开槽的时候，第二电解液中的酸含量很低，第二电解液接近于中性，而锌返溶、铅溶解的反应需要在酸含量足够大时才能进行。也就是说，第二电解液不容易与锌反应，第二电解液也不容易与铅反应，即便将第二电解液与阴极板、阳极板直接接触，也不会出现锌返溶、铅超标的问题。
65.所述第一电解液、所述第二电解液均包含硫酸；
66.所述第一电解液中的硫酸含量为140～180g/l；
67.所述第二电解液中的硫酸含量为0.0005g/l。
68.具体地，所述第一电解液、所述第二电解液均包含zn
2
、h2so4和mn
2
；
69.示例性的，第一电解液中zn
2
的含量为45～65g/l，第一电解液中h2so4的含量为140～180g/l，第一电解液中mn
2
的含量为4～6g/l。
70.第二电解液中zn
2
的含量为130～180g/l，第二电解液中h2so4的含量为0.0005g/l(ph4.5～5.2)，第二电解液中mn
2
的含量为4～6g/l。
71.所述电解槽包括第一子槽系列和第二子槽系列；
72.参考图4，所述吊出位于电解槽内的极板和将所述极板加入所述电解槽通过以下方式进行：
73.将所述第一子槽系列中的极板吊出，对所述第一子槽系列所对应的电解槽进行清槽；
74.将所述第二子槽系列中的极板吊出，直接将其吊至第一子槽系列所对应的电解槽中；
75.对所述第二子槽系列所对应的电解槽进行清槽，将从所述第一子槽系列中吊出的极板吊至所述第二子槽系列所对应的电解槽中。
76.本发明的上述方式只需要对从第一子槽系列中吊出的极板进行存放，第二子槽系列中的极板可以直接吊到无极板的第一子槽系列所对应的电解槽中，不需要对从第二子槽系列中吊出的极板进行存放，与现有方法相比，本发明的上述方式减小了极板的存放空间。
77.需要说明的是，电解槽除了包括第一子槽系列和第二子槽系列之外，还可以包括其它的子槽系列，例如还可以包括第三子槽系列、第四子槽系列、第五子槽系列等等，本领域技术人员可以将电解槽中的极板在多个子槽系列内部之间进行调换，而不必将电解槽中的所有极板全部吊出。在将极板从子槽系列中吊出之后，在取出的极板所对应的电解槽内没有极板，此时可以对电解槽进行清槽，清除电解槽内的结垢，可以对没有极板搭压的槽间铜排、绝缘支撑等进行维护或更换。
78.示例性的，可以将一定系列数量ⅰ的电解槽(如1#、2#、3#槽)内的全部极板吊出至排板架或平面堆存，完成后下一系列数量ⅱ的电解槽(如4#、5#、6#槽)内的所有极板直接转吊至上一系列数量ⅰ电解槽内，以此类推，直至尾系列数量n的电解槽内补入开始系列数量ⅰ的极板。
79.由此，本发明的设计不需要将全部的阴阳极板出电解槽，可以大大节省极板大量出槽后的堆放场地、缩减吊板强度，本发明的设计具有操作简便、快速省时且劳动强度低等优点。
80.s520、当电解槽内的第二电解液的液面至低液位时，通电
81.所述低液位是电解槽中的液面淹没所述极板底部10-15cm的位置。
82.在通电前，虽然第二电解液与阳极板、阴极板直接接触，但是由于第二电解液中的酸含量很低，锌不会与第二电解液反应，铅也不会与第二电解液反应，因此，在通电前，即便第二电解液与阳极板、阴极板直接接触，也不会出现锌返溶、电解液中的铅超标的问题。
83.在通电后，进行电解反应。
84.s530、逐渐加入所述第一电解液，使所述电解槽内的所述第一电解液和第二电解液的混合液的液面高度逐渐升高，直至达到满槽的高度
85.本发明对复产时，第二电解液的加入速率、第一电解液与第二电解液的体积比不作限制，本领域技术人员可以根据使用需求进行选择。
86.s540、逐渐提高锌电解系统的电流密度至正常生产时的电流密度
87.在通电后，进行步骤s530和步骤s540，也就是说，此时系统主要进行电解反应。复
产加入第一电解液的时候，电流密度的改变不会导致锌返溶。
88.在本发明的一些实施例中，步骤s530和步骤s540可以同时进行，也就是说，在逐渐加入所述第一电解液的时候，可以逐渐提高锌电解系统的电流密度至正常生产时的电流密度。
89.正常生产时的电流密度可以根据配套装置的不同而改变。
90.在本发明的一些实施例中，正常生产时的电流密度可以是280～320a/m2，满足正常作业时的出装槽电流密度。
91.下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
92.实施例1
93.锌电解系统停复产方法包括：
94.(1)结束出槽剥锌，360～420a/m2的高电流密度维持3h，并逐步降低循环量；
95.(2)开始降电流至100～160a/m2的较低电流密度，降电流过程中保持循环，开启所有冷却塔风机，尽可能降低槽温，降电流结束后逐步停止电解液循环；
96.(3)停止向电解槽内供液，采用虹吸方式，抽出电解槽内的电解液，抽液过程中保证冷却塔抽风系统正常运行，保持厂房通风良好；
97.(4)逐渐降低电流密度，当电解槽内电解液抽液至半槽液位时，使电流密度小于50a/m2；
98.(5)继续抽出电解槽内的电解液，当抽至电解槽内的液面距极板阳极绝缘夹位置(电解槽内的液面距离极板底部约15cm)时停止抽液；
99.(6)对接调度，进行直流断电；
100.其中，所述步骤(2)至所述步骤(6)，仅需1～2小时便可完成，即1～2小时完成抽液、直流电断电作业。
101.(7)开启抽风式冷却塔风机和槽面轴流风机，利用真空泵快速将电解槽内剩余的电解液抽空；
102.(8)按检修计划开展清槽、各项检修作业；
103.(9)开启循环泵向电解槽内灌电解液，其中，该步骤中加入的电解液的酸含量小于步骤(1)至步骤(5)中电解液的酸含量；
104.(10)当电解槽内的电解液液面至淹没极板底部约15cm时，接通直流电，升电流至小于50a/m2的低电流密度；
105.(11)继续供给电解液直至电解槽灌满，至电解槽溢流口出液时，停止供液；
106.(12)逐步升电流至280～320a/m2的较高电流密度；
107.(13)转入正常生产。
108.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
109.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
110.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。