劉益宏，黃 健

(1. 四川省訊益節(jié)能科技有限公司，四川 成都 610000； 2. 貴州省新材料研究開發(fā)基地，貴州 貴陽 550002)

0 前 言

傳統(tǒng)電解槽材質(zhì)為木質(zhì)或塑料，且假底在槽體下方。隔膜架底面和假底的平面結(jié)合是該電解槽密封面。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)、溫度的變化，電解槽這兩部分容易變形而產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致密封性變差，電解槽漏酸。溫差大的地區(qū)，更容易出現(xiàn)此類問題，因?yàn)榧俚组L(zhǎng)期在40℃的槽液里，而隔膜架會(huì)在0℃放置，由于線膨脹系數(shù)不一致而變型。

電解槽體300 mm以下為儲(chǔ)存陽極泥和陽極液的假底，此結(jié)構(gòu)電解槽不易散熱，電解液的流動(dòng)性差。帶來兩個(gè)后果：一是濃度極差增大；二是電解槽液溫度偏高不易控制。假底內(nèi)產(chǎn)生大量的渣，工人必須下槽進(jìn)行清理，一種方式是用鐵鏟將渣鏟出電解槽，另一種方式將渣從電解槽底出口通入溝道和陽極液池，但生產(chǎn)環(huán)境都非常的臟亂差，還會(huì)經(jīng)常造成陽極溝道和池子堵塞。

正因?yàn)樯鲜鋈毕?，?dǎo)致管理、技術(shù)指標(biāo)(槽溫、pH值、錳濃度)一直處于被動(dòng)調(diào)控狀態(tài)，從而帶來生產(chǎn)環(huán)境臟、亂、差等一系列問題[1]。

1 傳統(tǒng)電解槽的結(jié)構(gòu)弊端

1.1 傳統(tǒng)隔膜架的結(jié)構(gòu)弊端

傳統(tǒng)隔膜架的結(jié)構(gòu)弊端如下：

1)極易產(chǎn)生粘布袋現(xiàn)象，陰極板板面易發(fā)生倒溶；

2)變形的陰極板和工人插板操作不當(dāng)導(dǎo)致隔膜袋破損，槽液返酸；

3)由于隔膜袋是底部連體，上部分體的整體，破損一個(gè)隔膜袋則需整體更換，造成極大浪費(fèi)；

4)隔膜架由塑料條和塑料棒通過人工焊接而成，焊縫過多，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度極低，導(dǎo)致電解反應(yīng)波動(dòng)大。

1.2 傳統(tǒng)電解槽體的結(jié)構(gòu)弊端

傳統(tǒng)電解槽體的結(jié)構(gòu)弊端如下：

1)焊縫多，5個(gè)面的連接處均采用焊接連接；

2)槽內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有假底、橡膠墊、陽極液溢流通道，清槽時(shí)臟亂差；

3)槽體采用分體焊接，強(qiáng)度低、易泄漏；

4)槽體采用RPP材料，比重大。

2 一體化電解槽新技術(shù)

一體化電解槽由某公司與某科學(xué)院新材料研究開發(fā)基地共同研發(fā)，是一種節(jié)能集約型電解錳生產(chǎn)裝備(見圖1)。一體化電解槽由隔膜系統(tǒng)組合體和電解槽體組成，該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為模塊式標(biāo)準(zhǔn)化，由結(jié)構(gòu)的變化帶來節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、增加效益。

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)目的和思路

主要解決當(dāng)前電解系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，使電解過程得以“平穩(wěn)有序”進(jìn)行。

電解金屬錳電解過程中(見圖2)，通過流體力學(xué)的原理和方法，控制電解槽“傳質(zhì)平衡”和“酸堿平衡”，增強(qiáng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性。

圖1 電解槽結(jié)構(gòu)

圖2 電解金屬錳電解機(jī)理

結(jié)構(gòu)的改變使電解系統(tǒng)維持眾多平衡，讓被動(dòng)的“亞穩(wěn)態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的“平穩(wěn)性”，達(dá)到電解生產(chǎn)的高產(chǎn)低耗效果，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)[2]。

2.2 隔膜系統(tǒng)組合體

2.2.1 隔膜系統(tǒng)組合體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)結(jié)構(gòu)一體化

將傳統(tǒng)電解槽的假底部分集成在隔膜系統(tǒng)組合體上(見圖3)，清槽時(shí)，陽極泥隨隔膜系統(tǒng)組合體的吊出而移出電解槽，并且設(shè)計(jì)了行車吊起陽極板的吊具。實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)；清槽不用更換電解液；機(jī)械化清槽，節(jié)省勞動(dòng)力；節(jié)約大量清槽時(shí)間，從而延長(zhǎng)電解時(shí)間。

2)獨(dú)特的陰陽極室設(shè)計(jì)

一個(gè)隔膜系統(tǒng)組合體由N個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元模塊組裝而成(見圖4)，陰極室內(nèi)設(shè)計(jì)有護(hù)板。有效定位陰極板，使陰極板居中，不易出現(xiàn)粘布袋現(xiàn)象；徹底解決隔膜袋被陰極板劃破的現(xiàn)象；分體式隔膜袋的設(shè)計(jì)便于更換。

圖3 隔膜系統(tǒng)組合體

圖4 隔膜系統(tǒng)組合體(6單元格)

3)模塊化標(biāo)準(zhǔn)單元組成隔膜系統(tǒng)組合體。

組裝、拆卸、更換方便快捷；電解槽密封性好，實(shí)現(xiàn)酸堿平衡。

2.2.2 產(chǎn)品材料

該產(chǎn)品為復(fù)合工程塑料材質(zhì)，通過添加無機(jī)材料，提高材料的強(qiáng)度、熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性，該材料具有優(yōu)良的耐酸性、耐堿性、絕緣性。適宜廣泛應(yīng)用于電解槽材料，同時(shí)該材料還可以循環(huán)利用，是環(huán)境友好型綠色材料，對(duì)環(huán)境無污染。

2.2.3 隔膜系統(tǒng)組合體的密封性

標(biāo)準(zhǔn)單元并列排列(見圖5)，接觸面采用橡膠密封圈，用不銹鋼拉桿系統(tǒng)精確定位固定，實(shí)現(xiàn)完全可靠的緊密配合，在生產(chǎn)過程中不易變形，保持良好的密封性，電解生產(chǎn)過程中，基本不加氨水。

圖5 一體化電解槽概念圖

2.3 電解槽體

2.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)整體式：整個(gè)槽體由骨架(加強(qiáng)筋)包裹(見圖6)。

2)槽內(nèi)無假底：內(nèi)壁、底部光潔平整，易于清潔。

3)強(qiáng)度高：槽底采用折彎工藝，無焊縫。

4)槽體采用PPH材料：抗腐蝕強(qiáng)、抗沖擊性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)。

圖6 電解槽槽體

2.3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1)通過將傳統(tǒng)電解槽體中的假底部分集成在隔膜系統(tǒng)組合體上，避免了工人下槽清理陽極泥時(shí)臟亂差的環(huán)境；

2)可以將冷卻水管布置至槽體底部，大大增加了熱交換面積，控制槽溫更容易；

3)隔膜系統(tǒng)組合體包括了電解部分和假底部分，都獨(dú)立于電解槽體之外，錳液在槽內(nèi)流動(dòng)性增加，進(jìn)而降低了錳離子的濃度極差，使電解系統(tǒng)更加平穩(wěn)。

2.4 新技術(shù)清潔生產(chǎn)程序

1)準(zhǔn)備好清槽專用工具：組合體夾具、陽極板清理車、組合體清理渣槽、陽極板夾具；

2)行車吊出陽極板放置于陽極板除渣槽內(nèi)，陽極板在陽極板內(nèi)清理；

3)行車吊出隔膜系統(tǒng)組合體，放置于組合體清理渣槽中；

4)于清理槽中，小心擰開前、后端陽極室蓋板鎖緊螺帽，打開蓋板后，清理陽極室內(nèi)的陽極泥，待清理槽內(nèi)陽極泥自然沉降后，將分離出的陽極液回收至陽極液系統(tǒng)，陽極泥有效收集；

5)不需更換電解液，用行車將備用的隔膜系統(tǒng)組合慢慢放置于電解槽中央，插入陽極板后，補(bǔ)充電解液，調(diào)節(jié)溶液工藝指標(biāo)，插入陰極板恢復(fù)生產(chǎn)；

6)將隔膜系統(tǒng)組合體放置于專用浸泡槽中浸泡。注意檢查浸泡液組分濃度，浸泡處理時(shí)應(yīng)將組合體倒置進(jìn)行；

7)浸泡到規(guī)定時(shí)間后，于浸泡池中吊出組合體至清潔場(chǎng)，用高壓水槍清理組合體。注意清洗處理時(shí)應(yīng)將組合體倒置進(jìn)行；

8)清洗完畢后，將拉桿鎖緊螺帽松動(dòng)，便于檢查隔膜袋的破損情況，更換或修補(bǔ)隔膜袋。檢查無誤的組合體鎖緊螺帽后平整放置于潔凈干燥通風(fēng)的庫(kù)房，待用。

3 對(duì)比分析

不同廠家使用原電解槽和新型電解槽的電流效率對(duì)比見圖7。

使用一體化電解槽生產(chǎn)1 t電解錳的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

圖7 電解槽電流效率對(duì)比

表1 用一體化電解槽生產(chǎn)1 t電解錳的指標(biāo)

4 結(jié) 論

1)電解錳產(chǎn)量增加8.8%，噸錳產(chǎn)品節(jié)約電545.6 kW·h；

2)電解基本不用氨水，氨水消耗量減少；電解槽錳濃度均勻，槽況穩(wěn)定，單板產(chǎn)量提高，陽極渣減少，錳回收率提高。減少了硫酸、礦粉、二氧化硒等消耗，大幅度降低了生產(chǎn)成本[3]；

3)采用專用吊具，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作，減少陽極板的損壞，并改變了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)臟亂差的現(xiàn)狀；定點(diǎn)有效回收陽極渣和液體；清槽時(shí)間縮短，增加了有效電解時(shí)間；清槽不需換液體，節(jié)約了成本；

4)在特殊情況(停電、斷液、停產(chǎn))下，一體化電解槽相較于傳統(tǒng)電解槽，槽況穩(wěn)定。