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        鉛電解液硫酸脫鉛創(chuàng)新工藝應用

        2020-09-05 05:56:10黎成剛曹雷斌袁寒崗
        科學技術(shù)創(chuàng)新 2020年27期
        關(guān)鍵詞:硫酸鉛濃硫酸電解液

        黎成剛 曹雷斌 袁寒崗

        (江銅集團江西金德鉛業(yè)股份有限公司,江西 德興334200)

        金德鉛業(yè)股份有限公司年產(chǎn)99.994%牌鉛8 萬t(簡稱“金德鉛業(yè)”),因高電流密度生產(chǎn),陽極溶解速度大于陰極析出速度,電解液中的鉛離子濃度已經(jīng)達到185g/L 以上,對電流效率和直流電耗產(chǎn)生直接的影響。金德鉛業(yè)鉛電解系統(tǒng)電解液總體積為1150m3,積存在電解液中的鉛量達到213t,比正??刂屏扛叱?9 噸,在電流密度190A/m2電解條件下,360 個電解槽總電壓達到185V,直流電單耗上升至172kw,電流效率92.8%,所以必須采取有效的措施盡快降低電解液鉛含量。

        1 硫酸脫鉛工藝原理

        硫酸脫鉛原理是:將98%濃度的硫酸加入開路的硅氟酸鉛電解液中,與鉛離子在脫鉛槽中反應生產(chǎn)硫酸鉛:

        H2SiO4+Pb2+=PbSiO4↓+2H2+

        形成的硫酸鉛沉淀在脫鉛槽底部,再清理干凈沉淀物。

        1.1 濃硫酸脫鉛方法的優(yōu)點:脫鉛速度快。

        1.2 濃硫酸脫鉛方法存在的缺點:(1)98%濃度的硫酸倒入脫鉛槽會急劇大量放熱,產(chǎn)生液體飛濺,操作工人危險系數(shù)高,大量放熱會導致脫鉛槽內(nèi)襯軟聚氯乙烯朔料燒損變形。(2)濃硫酸放熱后脫鉛槽電解液溫度會上升至80 度,電解液中原有的底膠會被老化分解,脫鉛后的電解液會因缺少底膠而影響生產(chǎn),此時就需要大量補充骨膠來解決,造成添加劑用量浪費。(3)脫鉛槽底部沉淀物為硫酸鉛和硅氟酸的混合物,清理環(huán)境差,難度大,大量硅氟酸和硫酸鉛一起被清理掉,造成硅氟酸損失。

        從硫酸脫鉛優(yōu)缺點比較,明顯缺點大于優(yōu)點,因此必須對硫酸脫鉛工藝流程創(chuàng)新改進。

        2 硫酸脫鉛工藝流程創(chuàng)新

        針對硫酸脫鉛存在的缺點,可逐一進行改進如下:

        2.1 可建立一套濃硫酸稀釋系統(tǒng),利用電解樓下的貯液槽將98%濃度的硫酸加水稀釋成30%濃度的稀硫酸,然后用稀釋后的硫酸進行脫鉛,減少脫鉛時放熱反應,降低反應溫度,保護了脫鉛后電解液中的底膠不被分解,可有效的規(guī)避液體飛濺風險,保護脫鉛槽內(nèi)襯不被燒損。

        2.2 可利用陽極泥壓濾系統(tǒng)作為脫鉛循環(huán)流程,將30%濃度的硫酸和電解液按計算好的流速抽入攪拌桶攪拌脫鉛,由于硫酸和鉛離子結(jié)合成硫酸鉛在接觸瞬間就能完成,在攪拌狀態(tài)下,上部打入稀硫酸和電解液進攪拌桶反應,下部將生成的硅氟酸鉛和硅氟酸的混合物抽入隔膜壓濾機進行壓濾,脫鉛后的電解液補充進集液槽,然后將壓濾過后的硫酸鉛濾餅卸下,運至原料倉重新當?shù)V鉛配料(圖1)。

        3 濃硫酸稀釋計算

        98%濃硫酸密度為1.84g/cm3,水密度為1g/cm3,配1 噸30%濃度硫酸需要加入水和98%硫酸

        量計算:設需加98%硫酸體積為V 酸,加水體積為V 水

        V 酸×1.84×98%/(V 酸×1.84+V 水×1.0)=30%

        V 酸×1.84×0.98=V 酸×1.84×0.30+V 水×0.30

        V 酸×1.84×(0.98-0.30)=V 水×0.30

        V 酸/V 水=0.30/1.84×0.68 ≈0.24

        得出V 酸:V 水≈1:4

        配成1 噸30%濃度硫酸要加806Kg 水,194Kg98%硫酸。

        4 硫酸脫鉛工藝計算

        硫酸脫鉛反應方程式為:

        H2SiO4+Pb2+=PbSiO4↓+2H2+

        Pb2+相對分子質(zhì)量207,硫酸相對分子質(zhì)量98,硫酸鉛相對分子質(zhì)量303。

        如脫除1000kg 鉛離子需要用30%濃度硫酸總量計算:

        1000×98/207×0.3=1578kg

        電解液總體積為1150m3,電解液含鉛185g/L,電解液脫鉛目標值為140g/L,需要脫除的鉛總量計算:

        WPb=1150m3×(185-140)kg/m3=51750kg

        即需要脫除51.75t 鉛。

        需要使用30%濃度硫酸總量計算:

        W硫酸=51.75t×1578kg/t=81662kg

        即需要使用81.662t30%濃度的硫酸(每個地槽可以裝30 噸硫酸,需提前配好3 個地槽30%濃度的硫酸)。

        5 脫鉛流速控制計算

        30%濃度硫酸密度為1.2185g/cm3。

        81.662t30%濃度硫酸總體積計算:

        V硫酸=81662/1218.5=67m3

        從高位槽接一根內(nèi)徑80 毫米的虹吸管,將電解液接入攪拌桶,虹吸管流速120L/min,每分鐘帶入鉛離子總量計算:

        120×185=22200g

        脫 除 22200g 鉛 需 要 30% 濃 度 硫 酸 量 為 :22200*1578/1000=35032g

        每分種要加入30%濃度硫酸體積為:35032/1218.5=28.75L

        圖1 硫酸脫鉛工藝流程圖

        30%濃度硫酸加入體積:電解液加入體積=28.75/120≈1:4理論上將電解液脫鉛到 140g/L 要用時:67m3×1000/28.75L/60min=38.8 小時。

        因此,放進攪拌桶30%濃度硫酸流速控制28.75L/min,電解液流速控制120L/min,兩者流速比約1:4 時反應完全。

        6 生產(chǎn)管控

        此套硫酸脫鉛系統(tǒng)是利用陽極泥壓濾系統(tǒng)進行,通過上述公式算出,理論上將電解液脫鉛到140g/L 需要用時38.8 小時,在不影響陽極泥壓濾前提下,可將每天的陽極泥在中晚班內(nèi)壓濾完,每天空出早班時間用于硫酸脫鉛,經(jīng)周密部署,在6 個早班共48 小時完成硫酸脫鉛任務。

        由于采用了30%濃度硫酸脫鉛,硫酸和電解液接觸過程未發(fā)生劇烈放熱反應,脫鉛前后電解液溫度相3℃,在可控范圍,脫除鉛離子的電解液可直接補充到電解液循環(huán)系統(tǒng),沒有出現(xiàn)電解液骨膠不足等不良反應。

        7 結(jié)論

        實際消耗了85.57 噸30%濃度硫酸,電解液鉛離子下降至132g/L,總電壓降至170V,電流效率上升至95.8%,直流電單耗下降至153kw。

        此種創(chuàng)新工藝脫鉛法在金德鉛業(yè)完全得以應用,在不產(chǎn)生技術(shù)條件波動情況下,完成電解液鉛離子脫除,電解液鉛離子下降后電解產(chǎn)量、指標立馬得到恢復,取得了非常可觀的效果。

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