硫化镍电解的产物及主要技术经济指标（三）

    2、槽电压
    1）槽电压的组成
    冶金中，为使电解反应能够进行所必须外加的电压称为槽电压,它可以用电压表测量电解槽相邻阴、阳极间的电压来确定。槽电压主要用来克服电解槽中以下三部分电压降：
   （1）阳极电位和阴极电位的电位差（分解电压）；
   （2）电流流过导电排、导电棒、挂钩电阻及它们之间相互接触处的电阻所造成的电压降；
   （3）电流流过电解液电阻所形成的电压降。
   用公式表示为：
                          V_槽=（¢_a-¢_c）+IR_导体+IR_电解液
   式中    V_槽—槽电压，V；
           ¢_a—阳极的电极电位，V；
           ¢_c—阴极的电极电位，V；
           I—电路中的电流强度，A；
           R_导体—金属导体的电阻，Ω；
           R_电解液—电解液和隔膜的电阻，Ω。
    在这里，¢_a—¢_c表示电解槽通电后，使电解液发生分解并开始进行阴、阳极反应的最低电压，又称实际分解电压。由于通电后极化作用造成的阳极超电压和阴极超电压的影响，从而使电解过程不可逆。结果阳极电位和阴极电位分别向正方向和负方向移动，从而偏离可逆电位。
    如前所述，阳极发生的主要反应为：
                          Ni₃S₂-6e=3Ni²⁺+2S    ¢=0.104+0.031lga_Ni²⁺
    即计算的标准电极电位（可逆电位）约为0.1V，然而在硫化镍阳极实际严重不纯的情况下,由于极化作用的影响，实际测定的阳极电位约1.2V时反应才发生。将上述反应加上阴极反应
                        3(Ni²⁺+2e=Ni)      ¢=-0.25+0.030lga_Ni²⁺
    根据加拿大国际镍公司的操作条件测得的电极电位如图1所示,加上通过电解液的电压降为0.9V,故槽电压为：
                            V_槽=（¢_a-¢_c）+IR_液=1.65+0.9=2.55V

    实际上必须增加电压以克服导电棒电阻及其接触电阻,故新起飞装阳极的实际槽电压约为2.8V。当硫化镍阳极溶解时,阳极泥形成一层粘附牢固、疏松多孔的结构，成倍地加厚了阳极泥的体积。阳极泥不断增厚造成电极间电阻的不断升沆，当500mm厚的阳极溶解到后期时，槽电压上升到4～5V,甚至超过6V。[next]
    2）降低槽电压的途公径
    硫化镍阳极电解的槽电压与溶液成分、阳极板成分、溶液温度等有关,也与电流密度及阳极周期选择有很大关系。
    在正常生产条件下，电解液的电压降是槽电压的主要组成部分,约占槽电压的65%左右,调整电解液的组成可以改变电解液的内电阻,溶液中增加钠离子和氯离子及提高溶液的酸度可以使溶液的内电阴下降，提高电解液的温度也有利于提高溶液的导电率，降低槽电压。
    在可溶阳极电解过程中，尤其是采用硫化镍阳极,其阳极的质量好坏及阳极操作对槽电压有极其重要的影响，一般要求阳极质量均匀（尤其是含硫高的阳极板），表面没有浮渣，这样才有利于阳极的均匀溶解。对于硫化镍阳极来说，阳极泥附着过厚将导致槽电压急剧上升，因而应控制残极率不低于15%～25%，且在阳极周期中的中间阶段，即在阴极出槽的同时，取出阳极刮一次阳极泥,以降低槽电压。
    3、电能消耗
    电能消耗是表征镍电解过程技术操作水平和经济效益好坏最重要的指标之一。
    电能消耗是指电解过程中,阴极析出单位质量的金属所耗掉的电能量。如前所述，析出金属的实际产量（G）=理论析出量（qIt）×电流效率（η），假设W为单位电能消耗量，其计算式为：  

   式中    W—电能消耗，kWh.t^-1；
           V_槽—槽电压，V；
           η—电流效率，%；
           q—电化当量，1.0954×10^-3kg镍.A^-1.h^-1。
    在上节例题中，该镍厂电解车间电流效率为98%，平均槽电压为3.6V，那么It电解镍的电能消耗为：

    硫化镍阳极电解精炼的电能消耗一般为3300～3500kWh.t-1镍。如果换算成交流电,则由于要加上包括硅整流站、母线和溶液漏电等损失，电能消耗更高，每吨镍要消耗到3800～4200kWh。这个电耗数字也包括造液电解的直流电耗和酸泵、照明、吊车等用电。
    电能消耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。因此，凡有利于降低槽电压,有利于提高电流效率的因素，均能起到降低电能消耗的作用。
    4、镍的回收率
    电解车间镍的回收中高级是一项综合性考核指标,它不仅反映了车间的技术水平及经济效溢而且也反映出车间管理水平。镍电解车间的回收率可分为镍的咖啡收中高级(η_总)和镍的直接回收率(η_直)两项指标。
    所谓镍的总收率是指电解产出合格电镍的含镍量与消耗的物料含镍量之比,它反映了镍电解过程中镍的回收程度。其计算公式如下：

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    式中  G_Ni—产出电镍含镍量；
          G₁—装入阳极含镍量；
          G₂—期初、期末槽存阴、阳极及电解液含镍量的差额；
          G₃—各种可回收物料的含镍量。
    而镍的直收率是反映电解过程中直接产出合格电镍含镍量的回收程度，它的计算公式为：

    在管理较好的电解车间镍的总收率一般可以达到98%以上,因此只要加强管理,防止镍形成不可回收的损失(如含镍溶液外渗、渗入地下等)，那么总收率一般是可以保证的，但是直收率都受“各种可回收物料含儿量”大小的影响，一般只有60%～75%。所谓“各种可回收物料”系指镍电解生产(包括净化工序)中所产出的残极，各种渣阳极泥、海绵铜及各种含镍废料中的含镍量。这些含镍量上升,无疑将使直收率大幅度下降。因此为了缩小η总与η直的差距，生产上应尽量降低G₃的值。
    由此可见,降低残极率,降低铜、铁、钴渣及阳极泥、海绵铜含镍量,减少各种含镍废料量将有助于直收率的提高。
    国内有关工厂镍电解生产的主要技术经济指标如表3所示。