硫酸锰溶液的电解--槽电压、电能效率与电能消耗

    一、槽电压
    槽电压就是电解槽内相邻阴、阳极之间的电压低数值。它可用每对阴、阳极之间的实际电压低来表示。但在生产实践中，由于电解槽的数目很多，阴阳极对数则更多，而每对阴阳极之间的电压降因具体情况不同而有所差别，所以并不使用测定方法，而是用供给所有串联电积槽的总电压减支导电板的电压降，除以串联电路上的总槽数，所得的高即为槽电压，公式表示为

    式中  V_槽——槽电压；
            V₁——所有串联的电解槽总电压；
            V₂——导电板电压降；
            N——电解槽总数。
    一个电解槽的电压由下列部分构成：电解MnO₂的理论分解电压、电解质溶液的电压降，以及接线的接触电阻、极板电阻等所引起的电压降，用公表示为
                             V_槽=(φ₊-φ_-)+IR_液+IR_极+IR_接
    式中  (φ₊-φ_-)——电极极化电势，即电解MnO₂的理论分解电压；
          IR_液——电积液电阻电压降；
          IR_极——极板电阻电压降；
          IR_接——接触电阻电压降。
    电解液虽然可以依靠离子导电，但与金属导体相比，电阴要大得多。当电流通过电解液时，必然引起时压降，其大小与电流密度、阴阳彬间距离、电解液的电阻率成正比，可用以下公式表示
                                        V_液=IR_液=J·ρL
    式中  V_液——电解液电阻电压降，V;
            J——阳极电流密度，A/m²;
            ρ——电解液的电阻率，Ω·m;
            L——阴阳极刘距离，m.
    需要指出的是，工业生产不可避免地有其他离子(如Mg²⁺,Ca²⁺等)存在，因而实际的电解液的电压降要比以上计算值更大，一般在0.4~0.6V之间，为降低电能消耗，希望降低V_液的数值 。这就要求降低电流密度，缩短极间距离，但同时它又对提高电流效率、强化生产不利，因此，必须合理确定电解条件。
   钛阳极板及导电头都有一定的电阻，消耗一部分电压，一般在0.2V左右。阴极碳棒或铜板及导电系统也有一定的电阻，也消耗一部分电压，约0.02V。
    阴阳极接触导电头在接触点上也有接触电压降，大约为0.03V左右。由于这种接触电接头在工业生产中数以万计，因此，力求降低接触点电压降对于节约电能有着重要的实际意义。在实际操作中，必须注意各接触点导电良好。
    以上四项电阻电压降之和，即为电解林下风范的槽电压。槽电压还决定于电流密度、电解液的酸度和温度以及电极间的距离，此外还与接触点电阻有关。因此，降低槽电压的途径就是减少电解液的电阻率，缩短极间距离，减少接触点上的电压损失等。
    根据梅光贵等人的试验数据，以钛材为阳极、碳棒为阴极，电解MnO₂的槽电压一般为2.5~3.0V,用紫Cu管为阴极，一般可降低槽压0.5V左右，以Ti-Mn合金涂层为阳极，阳极孙钝化，可降低槽电压0.2V左右。[next]
    二、电能效率
    电能效率就是电解生产过程中生产一定量的金属，理论上所必需的电能与实际上消耗的电能之比，即

    即    电能效率(η_e)=电流效率(η_i)×电压效率(η_V)
    要提高电能效率，除通过提高电流效率外，不要提高电压效率，其途径为降低电解液电阻，适当提高电解液温度，缩短极距以减少电极极化，降低槽电压等。
    三、电能消耗
    电能效率代表电积过程的技术水平。但在生产实际中，很少将其作为一个经常的指标计算。工厂实践中作为经常计算的实际的电能消耗，即每生产一吨MnO₂消耗的电能(kw·ht),以W表示，计算公式为

    式中  I——通过电解槽的电流，A；
            t——电解沉积的时间，h;
            n——电解槽数；
            q——MnO₂的电化当量，1.6216gA^-1·h^-;
            V_槽——槽电压，V;
            η_i——电流效率，%；
           W——析出吨MnO₂的电能消耗，kW·h.
    根据工业生产数据，电解MnO₂的直流电单耗一般为2000~2500kW·h/t.