銅電解提高電流密度的生產(chǎn)實(shí)踐

李 鵬，劉建萍，王 艷

（煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264002）

煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司有近三十年生產(chǎn)歷史。公司主導(dǎo)產(chǎn)品“三尖牌”標(biāo)準(zhǔn)陰極銅1993年在上海期貨交易所注冊(cè)，2001年通過了ISO9000質(zhì)量認(rèn)證，2006年成功注冊(cè)高純陰極銅。近年來，國(guó)內(nèi)銅電解行業(yè)紛紛進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和工藝改造，陰陽(yáng)極自動(dòng)化機(jī)組及永久陰極等新技術(shù)裝備得到廣泛應(yīng)用。我公司電解系統(tǒng)一直采用傳統(tǒng)工藝裝備，在“硬件”方面與同行業(yè)存在很大差距。面對(duì)不利局面，我們的理念是：雖然裝備水平相對(duì)落后，但可以在工藝操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量上爭(zhēng)一流，向國(guó)內(nèi)最高水平看齊。

電流密度是衡量銅電解生產(chǎn)技術(shù)水平的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，合理提高電流密度可挖掘設(shè)備產(chǎn)能、降低在線產(chǎn)品數(shù)量、減少流動(dòng)資金占用。高電流作業(yè)是各企業(yè)共同追求的目標(biāo)。但是，在高電流密度條件下如何保證陰極銅質(zhì)量始終是銅電解行業(yè)的一道難題。2006年以前我們的銅電解生產(chǎn)平均電流密度一般在260～280 A/m2左右，2006～2008年間逐步提高至310 A/m2。在電流密度為310 A/m2的生產(chǎn)期間，陰極銅質(zhì)量穩(wěn)定，主要技術(shù)、能耗指標(biāo)均比較理想，詳見表1。

表1 2008年前6個(gè)月不同時(shí)間段的生產(chǎn)參數(shù)比較

以下是本公司提高電流密度的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 生產(chǎn)工序調(diào)整

1.1 新加一道整片工序

傳統(tǒng)銅電解工藝中始極片加工成陰極及其入槽的質(zhì)量直接關(guān)系到陰極銅的質(zhì)量。電解車間始極片加工工序使用的是壓紋釘耳機(jī)，始極片經(jīng)壓紋后平整度仍不能完全達(dá)到要求，而此時(shí)由于始極片較薄，人工強(qiáng)制平整效果也不理想。于是我們采取將入槽15小時(shí)左右的陰極逐塊從槽內(nèi)取出放在整板架上平整，然后將垂直的陰極再放入槽內(nèi)電解。此舉雖然加大了勞動(dòng)量，但為陰極銅后期的正常析出提供了保障，短路率明顯下降，陰極銅質(zhì)量也得到了提升。以后又采用延長(zhǎng)始極片在槽時(shí)間，加大始極片厚度，由0.6 mm到0.8 mm，直至1.2 mm,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2 引入誘導(dǎo)法脫砷工序

電流密度提高后，陽(yáng)極中有害雜質(zhì)在電解液中的積累加快，而電解生產(chǎn)對(duì)電解液中雜質(zhì)含量的要求卻更加苛刻，因此高電流密度作業(yè)時(shí)必須加大系統(tǒng)的凈液量。原電解車間凈化工序?yàn)槠胀ǖ你U板槽電積脫銅，每天從電解生產(chǎn)系統(tǒng)抽取約30 m3電解液脫除大部分銅離子，脫銅后液外賣。該工序凈液能力低、消耗大且生產(chǎn)環(huán)境惡劣。2006年引入誘導(dǎo)法脫砷作為二段脫銅工序，原來的凈化工序作為一段脫銅工序。每天從電解生產(chǎn)系統(tǒng)抽取一定數(shù)量電解液，先在一段脫銅工序?qū)~離子濃度降至20 g/L左右，并生產(chǎn)出雜質(zhì)較低的一段黑銅；然后再進(jìn)行脫除銅及砷、銻、鉍等雜質(zhì)的二段脫銅電解。增加誘導(dǎo)法脫砷工序，不僅使凈液能力從原來的30 m3/d提高至48 m3/d，而且極大的增加了凈化工序除去電解液中砷、銻、鉍等雜質(zhì)的能力，為后期增加硫酸鎳生產(chǎn)工序及脫銅后液返回生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電解生產(chǎn)污水零排放打下基礎(chǔ)。2010年電解液與脫銅后液中砷、銻、鉍含量的比較見表2。

表2 2010年電解液與脫銅后液中砷、銻、鉍含量的比較 g/L

1.3 實(shí)施工序質(zhì)量三級(jí)動(dòng)態(tài)抽檢考核

提高操作工序質(zhì)量是保證高電流密度生產(chǎn)的基本措施，因此要重視工序質(zhì)量的抽檢與考核，做到責(zé)任明確、標(biāo)準(zhǔn)量化。繪制了《質(zhì)量管理網(wǎng)絡(luò)圖》，將工序質(zhì)量控制按陰極和陽(yáng)極兩條主線層層分解，并落實(shí)到班組和個(gè)人，從始極片生產(chǎn)到陰陽(yáng)極入槽,再到陰極銅打件等實(shí)行全過程交接考核，每天公布考評(píng)結(jié)果，全程用數(shù)字說話，大大增強(qiáng)了職工的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)。

2 通過實(shí)驗(yàn)槽探索最佳工藝條件

2.1 陽(yáng)極板實(shí)驗(yàn)槽

煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司是距港口最近的的銅冶煉企業(yè)之一，進(jìn)口世界各地的銅精礦，并采購(gòu)多廠家的外購(gòu)陽(yáng)極板，因此電解用陽(yáng)極板的化學(xué)成分變化較大。這就要求做好陽(yáng)極板分類管理，對(duì)不同批號(hào)的陽(yáng)極板作詳細(xì)入槽記錄，全程跟蹤，出現(xiàn)問題能夠有據(jù)可查。針對(duì)一些雜質(zhì)含量高的陽(yáng)極板，采取先做實(shí)驗(yàn)槽的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)槽中陰極析出情況，平衡各種陽(yáng)極板的比例，避免某些雜質(zhì)聚集過快，造成大的生產(chǎn)波動(dòng)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.2 添加劑實(shí)驗(yàn)槽

加入適量的添加劑是獲得結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、有害雜質(zhì)含量少的優(yōu)質(zhì)陰極銅的有效措施之一。電流密度提高后，若添加劑加入不合適，陰極銅表面將更容易生成凸瘤、粒子等影響陰極銅質(zhì)量。對(duì)此我們針對(duì)不同電解環(huán)境（電流密度、添加劑用量配比、凈液量）、陰極銅析出的不同外觀狀態(tài)等，設(shè)置了多個(gè)試驗(yàn)槽，通過對(duì)比、分析，全方位的掌握系統(tǒng)的狀況，為在高電流密度下調(diào)整工藝參數(shù)、提高陰極銅質(zhì)量提供指導(dǎo)。

3 工藝改進(jìn)

公司有一生產(chǎn)系統(tǒng)，投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)電解液夾氣現(xiàn)象較嚴(yán)重，生產(chǎn)的陰極銅陽(yáng)極泥粒子較多。通過與其它生產(chǎn)系統(tǒng)分析對(duì)比，其電解槽采用的是下進(jìn)上出方式，電解液中溶解的空氣帶入電解槽引起夾氣；另外由于公司陽(yáng)極板大部分是由銅精礦加工而成，電解過程陽(yáng)極泥較多，該循環(huán)方式不利于陽(yáng)極泥的沉降，形成陽(yáng)極泥漂浮，造成陰極銅長(zhǎng)陽(yáng)極泥粒子。對(duì)此，我們?cè)谠须娊獠刍A(chǔ)上加裝自制的PVC“導(dǎo)液器”,通過簡(jiǎn)單改動(dòng)，將電解液循環(huán)方式改成上進(jìn)下出，實(shí)踐證明，這種循環(huán)方式更適應(yīng)我公司的原料構(gòu)成，為后期電流密度的提高打下基礎(chǔ)。

4 消耗指標(biāo)的控制

4.1 直流電單耗的控制

陰極銅生產(chǎn)的直流電耗是電解車間的主要電能消耗，電耗基本與槽電壓成正比。因此車間著重從調(diào)整工藝條件上來降低槽電壓，如提高電解液的酸濃、提高電解液的溫度、增加槽面噴淋的次數(shù)等。另外探索了種板槽不單獨(dú)補(bǔ)膠的工藝試驗(yàn)，使種板槽生產(chǎn)直流電耗下降5%，與正常生產(chǎn)槽接近。

4.2 殘極率的控制

銅電解殘極率是重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它的升降對(duì)火法精煉和電解精煉總的加工費(fèi)影響很大。在降低殘極率方面主要采取如下措施：

（1）強(qiáng)化分板工序質(zhì)量，對(duì)異形板（上薄下厚及側(cè)厚等）單獨(dú)堆放，每組陽(yáng)極板之間質(zhì)量差不大于10 kg。

（2）加強(qiáng)半溶板挑選工作，將可以再使用16～24 h的半溶板分類擺放，重新入槽，按2槽/天計(jì)算，降低殘極率0.2%。

4.3 硫酸單耗的控制

車間凈化系統(tǒng)的硫酸鎳生產(chǎn)工序是將脫銅后液中的鎳回收，副產(chǎn)品是含有少量雜質(zhì)的1 000 g/lL左右的硫酸（俗稱黑酸）。我們從2008年實(shí)現(xiàn)了黑酸代替成品濃硫酸返回生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝改造，硫酸單耗從原來的35 kg/t降到現(xiàn)在的20 kg/t以下。目前整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電解廢液閉路循環(huán)，銅電解污水達(dá)到了零排放。為公司創(chuàng)建資源節(jié)約、環(huán)境友好型企業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司銅電解工藝探索高電流密度的生產(chǎn)實(shí)踐可簡(jiǎn)單概括為：在各工藝條件合理、操作管理水平得到保證的前提下，高電流密度依然能生產(chǎn)出高品質(zhì)的陰極銅；另外，通過采取一系列措施，高電流密度下陰極銅生產(chǎn)的消耗也可得到有效控制。通過生產(chǎn)實(shí)踐，2006年8月，公司提出的《提高銅電解精煉電流密度》被山東省冶金工會(huì)委員會(huì)評(píng)為山東冶金、黃金和有色金屬系統(tǒng)合理化建議優(yōu)秀成果一等獎(jiǎng)。

[1] 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院，長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院，南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)(銅鎳卷)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.