一、技術名稱：高電流密度鋅電解節(jié)能技術
二、技術所屬領域及適用范圍：有色金屬行業(yè) 鋅濕法冶金電解工序
三、與該技術相關的能耗及碳排放現(xiàn)狀
濕法煉鋅產(chǎn)量占世界鋅總產(chǎn)量的80%以上，目前國內(nèi)鋅電解多采用低酸低電流密度（300 A/m2-400 A/m2）生產(chǎn)。低電流密度電解技術的鋅電解工序能耗高，直流電耗約3250kWh/t鋅，直流電耗對應的碳排放量為2.27tCO2/t鋅。2013年，我國精鋅產(chǎn)量為530.2萬t，按電解鋅占80%計算，約生產(chǎn)電解鋅424.2萬t，電解鋅直流電耗約為137.9億hWh，排放量約960.9萬t CO2。降低鋅電解工序能耗對于鋅冶煉行業(yè)的節(jié)能具有重要作用。目前該技術可實現(xiàn)節(jié)能量0.2萬tce/a，CO2減排約0.5萬t/a。
四、技術內(nèi)容
1.技術原理
該技術圍繞電解前端工序的電解液質量、電解槽結構及槽電壓分布、極板類型結構及沉積機理、硅整流供電系統(tǒng)供電效率等方向，通過電解整流系統(tǒng)非同相逆并聯(lián)諧波抑制技術、深度凈化技術和ASEP陽極板技術的集成創(chuàng)新應用，可實現(xiàn)谷電期按600A/m2-800A/m2高電流密度的生產(chǎn)常態(tài)化，改變傳統(tǒng)只能采用低電流密度（300A/m2-400 A/m2）的生產(chǎn)工藝，使整流和電解系統(tǒng)關鍵節(jié)能指標得到進一步優(yōu)化，提升硅整流效率，降低直流電耗，最終降低噸鋅綜合能耗。
2.關鍵技術
鋅電解高電流密度節(jié)能技術通過硅整流系統(tǒng)擴容升級、新型特型尺寸極板和電解配套設施的集成優(yōu)化，突破電流密度和電流效率相互制約的技術瓶頸，提高電解電流密度及硅整流效率，使整流和電解系統(tǒng)關鍵節(jié)能指標得到進一步優(yōu)化。其主要的關鍵技術如下：
（1）電解整流系統(tǒng)非同相逆并聯(lián)諧波抑制技術。將電流相等、方向相反的兩個導電臂靠攏，達到交變磁場相互抵消、減小導電母排壓降、提高功率因數(shù)、消除柜體渦流；
（2）電解液深度凈化技術。SZP（Subside
Zine Process）優(yōu)先沉鋅技術和超細金屬鋅粉置換技術。SZP優(yōu)先沉鋅技術是以焙砂或石灰石作為沉鋅劑保持系統(tǒng)水平衡，控制F、Mg、Mn、Cl、K、Na等雜質的深度凈化技術；超細金屬鋅粉置換技術是避免雜質帶入系統(tǒng)、提高浸出液除雜效率的深度置換凈化技術；
（3）ASEP(Anode
Surface Embossing Plate)陽極板技術。一種合金成分優(yōu)化、金相組織致密的、適用于在高電流密度條件下長周期使用的波紋陽極板壓延工藝技術。
3.工藝流程
鋅電解高電流密度節(jié)能技術指在電解過程中，采用800 A/m2-1000A/m2的陰極電流密度，以此強化生產(chǎn)，減輕工人勞動強度，適當增加產(chǎn)量。生產(chǎn)過程中采用一種特型尺寸（1.2 m2-1.5 m2）的鋅電解極板和相配套玻璃鋼材料的電解槽，通過特有的壓延表面極板結構，便于電解體系中的MnO2在陽極板上沉積，快速形成陽極板板面保護層的陽極板。同時，采用一種二段中和的SZP（優(yōu)先沉鋅）方法，把鋅冶煉系統(tǒng)的Mg、Cl、F形成開路，Mg去除率95%以上，Cl、F去除率50%以上，提高硫酸鋅溶液的質量；利用含鉛（Pb：1.1%-2.0%）電爐鋅粉和超細（800目-400目）金屬鋅粉深度凈化硫酸鋅溶液，在此基礎上實現(xiàn)鋅電解體系超高電流密度（600 A/m2-800A/m2）的產(chǎn)業(yè)化錯峰生產(chǎn)。該技術的工藝流程如圖1所示。
圖1 鋅電解高電流密度節(jié)能技術工藝流程
五、主要技術指標
1.谷電期電流密度達到600 A/m2-800A/m2，高峰期電流密度300 A/m2-450A/m2，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的谷電期、高峰期電流密度均為300 A/m2-450A/m2的電解工藝；
2.生產(chǎn)階段直流電耗下降到2900
kWh/t·Zn片；
3.噸鋅綜合能耗下降到1095 kgce/t·Zn錠以下。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現(xiàn)狀
本技術于2014年通過云南省科技廳組織的成果鑒定，并獲得國家發(fā)明專利1項。目前，該技術已在云南云銅鋅業(yè)股份有限公司生產(chǎn)運用，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟和社會效益好，并正在向同行業(yè)其他廠的鋅濕法冶金電解工序推廣應用。
七、典型應用案例
典型用戶：云南云銅鋅業(yè)股份有限公司
典型案例1
案例名稱：云銅鋅業(yè)超高電流密度電解鋅產(chǎn)業(yè)化一期項目
技術提供單位：云南云銅鋅業(yè)股份有限公司
建設規(guī)模：5萬t鋅錠/a。建設條件：對原電解系統(tǒng)進行升級改造后并按谷電期按600 A/m2-800A/ m2高電流密度、峰電期300 A/m2-450A/m2的低電流密度組織生產(chǎn)。主要技改內(nèi)容：鋅電解系統(tǒng)進行改造，通過集成運用電解整流系統(tǒng)非同相逆并聯(lián)諧波抑制技術、排鎂、排氟氯和采用高品質置換鋅粉的電解液深度凈化技術和ASEP陽極板技術，實現(xiàn)谷電期以600 A/m2-800 A/m2的高電流密度代替?zhèn)鹘y(tǒng)的300 A/m2-450A/m2低電流密度電解工藝。主要設備為2套硅整流機組的升級改造，采用一種特型尺寸（1.2m2-1.5 m2）的鋅電解極板和相配套玻璃鋼材料的電解槽。節(jié)能技改投資額2950萬元，建設期9個月。每年可節(jié)能1918tce，減排5064tCO2。年節(jié)能經(jīng)濟效益為1336萬元，投資回收期約2.8年。
典型案例2
案例名稱：云銅鋅業(yè)超高電流密度電解鋅產(chǎn)業(yè)化二期項目
技術提供單位：云南云銅鋅業(yè)股份有限公司
建設規(guī)模：2.5萬t鋅錠/a。建設條件在項目一期升級改造基礎上，進行鋅電解工序錯峰生產(chǎn)擴容2.5 萬t 鋅錠/a，達到原設計產(chǎn)量7.5 萬t 鋅錠/a，并按谷電期按600A/m2-800A/m2高電流密度、峰電期300A/m2-450A/m2的低電流密度組織生產(chǎn)。主要技改內(nèi)容：鋅電解系統(tǒng)進行改造，通過集成運用電解整流系統(tǒng)非同相逆并聯(lián)諧波抑制技術、排鎂、排氟氯和采用高品質置換鋅粉的電解液深度凈化技術和ASEP陽極板技術，實現(xiàn)谷電期以600A/m2-800A/m2的高電流密度代替?zhèn)鹘y(tǒng)的300A/m2-450A/m2低電流密度電解工藝。主要設備為新增1套硅整流機組的升級改造，采用一種特型尺寸（1.2 m2-1.5 m2）的鋅電解極板和相配套玻璃鋼材料的電解槽。節(jié)能技改投資額1250萬元，建設期3個月。每年可節(jié)能959tce，減排2530tCO2。年節(jié)能經(jīng)濟效益為668萬元，投資回收期約2.6年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
2013年，我國鋅濕法冶金電解鋅年產(chǎn)量約420萬t，按電解鋅年產(chǎn)量增長5%計算，預計未來5年，電解鋅年產(chǎn)量可達600萬t，該技術在我國鋅濕法冶金電解行業(yè)的推廣比例可達75%，總投資額約25億元，可形成的年節(jié)能能力為17萬tce，年碳減排能力45萬tCO2。
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