國(guó)內(nèi)外銅電解乙烯基整體電解槽的探討

□文/丁克健/

國(guó)內(nèi)外銅電解乙烯基整體電解槽的探討

□文/丁克健/

The Investigation of Copper Electrolytic Vinyl Overall Electrolyzer

本文介紹了國(guó)內(nèi)外銅電解乙烯基樹(shù)脂整體電解槽生產(chǎn)廠家發(fā)展?fàn)顩r，電解槽結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、性能及應(yīng)用情況，對(duì)銅電解乙烯基樹(shù)脂整體電解槽和傳統(tǒng)混凝土玻璃鋼電解槽進(jìn)行比較，提出了銅電解槽的發(fā)展方向。

自從銅電解工藝產(chǎn)生以來(lái)，電解槽的防腐問(wèn)題一直困擾著技術(shù)人員，銅電解槽是銅精煉的關(guān)鍵設(shè)備，其槽基體防腐蝕構(gòu)造及施工質(zhì)量的好壞，將直接影響最終銅產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時(shí)還會(huì)對(duì)防腐蝕維修總量和生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響。因此銅電解槽防腐蝕方案的確定、施工方法的選擇及其施工工藝的改進(jìn)就顯得特別重要。

早在20世紀(jì)80年代，國(guó)外銅精煉廠開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)乙烯基樹(shù)脂整體電解槽，并得到應(yīng)用。隨著中國(guó)銅行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)也在不斷探索和研究乙烯基整體電解槽在銅行業(yè)的實(shí)驗(yàn)，也取得了可喜的成績(jī)。下面就常見(jiàn)的國(guó)內(nèi)外銅精煉使用的乙烯基樹(shù)脂整體電解槽進(jìn)行介紹和探討。

一、國(guó)內(nèi)外乙烯基整體電解槽生產(chǎn)及應(yīng)用情況

1. 美國(guó)CTI電解槽（圖1）

（1）公司介紹

美國(guó)CTI公司是由JOHN HARRY在1984年創(chuàng)立的，是集有色行業(yè)整體樹(shù)脂電解槽設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、安裝于一體的全球知名公司，也是發(fā)明全球第一個(gè)整體樹(shù)脂電解槽的公司。1984～1988年開(kāi)發(fā)了“優(yōu)尼斯”（unicell）技術(shù)，1986年后“優(yōu)尼斯”技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并成為全球?qū)＠?2010年6月，CTI公司按照其位于比利時(shí)布魯塞爾工廠的布局與生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，擬在中國(guó)徐州建CTI中國(guó)工廠。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)

電解槽整體澆注：CTI公司是使用溢流口/上清液口/進(jìn)液管路整體澆注并提供多種管路澆注設(shè)計(jì)選項(xiàng)的電解槽制造商。整體澆注技術(shù)避免了傳統(tǒng)水泥電解槽的接縫對(duì)電解槽使用壽命的影響，既延長(zhǎng)了電解槽的使用壽命，又降低了長(zhǎng)期維護(hù)成本。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)化—絕緣保護(hù)：CTI采用獨(dú)特的非金屬高分子定形材料對(duì)Unicell電解槽進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，既強(qiáng)化電解槽的結(jié)構(gòu)性能，提高其負(fù)載能力，又為電解槽提供絕緣保護(hù)，避免短路的發(fā)生。

管路、插件預(yù)埋：管路和電解槽的各種插接件可根據(jù)客戶設(shè)計(jì)要求提前預(yù)埋，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)制作。為用戶安裝設(shè)備節(jié)省大量人力物力和時(shí)間。

根據(jù)各種不同的用戶對(duì)進(jìn)液速度的要求，對(duì)電解槽的進(jìn)液系統(tǒng)進(jìn)行量身定制。

（3）銷售業(yè)績(jī)

至2011年初，CTI的乙烯基整體式聚合物混凝土電解槽在全球已經(jīng)銷售超過(guò)40000臺(tái)（包括銅、鋅等），產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋五大洲市場(chǎng)。

圖1 CTI整體電解槽

2. 智利ANCOR TECMIN（Supertank）電解槽（圖2）

（1）公司介紹

ANCOR成立于1988年，繼而逐漸成為全球第一家大規(guī)模生產(chǎn)聚酯混凝土電解槽的公司；TECMIN創(chuàng)立于1992年，是一個(gè)技術(shù)及聚酯混凝土用高硅成分耐腐蝕骨料的供應(yīng)商。合資后的ANCOR TECMIN公司是南美洲智利一家具有世界先進(jìn)技術(shù)和專業(yè)生產(chǎn)乙烯基樹(shù)脂整體澆鑄電解槽的大型國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)，在美國(guó)、智利等國(guó)家擁有多項(xiàng)專利技術(shù)。2009年中國(guó)玻璃鋼工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事單位——河北可耐特玻璃鋼有限公司與智利ANCOR TECMIN公司合資成立河北安泰可耐特電解槽有限公司，是國(guó)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)乙烯基樹(shù)脂整體澆鑄電解槽的一家知名公司。

（2）電解槽結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)（圖3）

圖2 ANCOR TECMIN 電解槽

圖3 ANCOR TECMIN 電解槽截面圖

采用獨(dú)特配方:乙烯基樹(shù)脂與石英砂做基料形成的復(fù)合材料，防腐效果好，耐高溫，易操作。采用世界知名樹(shù)脂品牌臺(tái)灣上緯、金陵帝斯曼等（荷蘭）。

采用圓角設(shè)計(jì)：減少內(nèi)部的熱應(yīng)力，降低槽體的重量，減少基礎(chǔ)設(shè)施的投入。

防護(hù)層：槽內(nèi)增加3層防護(hù)層可以有效的防止槽壁里氣泡的貫通，起到防腐、保護(hù)內(nèi)層的效果，增加電解槽的使用壽命。

設(shè)計(jì)及管件預(yù)埋：采用整體式設(shè)計(jì)，整體管件預(yù)埋，減少安裝時(shí)間。

（3）銷售業(yè)績(jī)

至2011年初已經(jīng)生產(chǎn)40000臺(tái)以上（包括銅、鋅、鉛、鎳等）整體電解槽，產(chǎn)品遍及全球市場(chǎng)。河北安泰可耐特公司目前已生產(chǎn)了大型整體乙烯基樹(shù)脂電解槽365臺(tái)，內(nèi)徑尺寸為11000×1330×2360。國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在江銅、弛宏的會(huì)澤與呼倫貝爾以及赤峰庫(kù)博鋅業(yè)電解鋅項(xiàng)目中?，F(xiàn)正在為伊朗國(guó)家銅業(yè)生產(chǎn)640臺(tái)銅電解槽。

3. 杭州三耐（圖4）

圖4 三耐電解槽

（1）公司介紹

杭州三耐環(huán)?？萍加邢薰境闪⒂?997年，公司先后與浙江大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等數(shù)家科研院校進(jìn)行技術(shù)合作與開(kāi)發(fā)，目前已掌握多項(xiàng)核心自主創(chuàng)新技術(shù)。取得多項(xiàng)發(fā)明專利。該公司研發(fā)的整體電解槽于2007年9月通過(guò)了中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的科技成果鑒定，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)電解槽整體澆鑄工藝的空白?，F(xiàn)已建成年產(chǎn)5000臺(tái)，全球最大的生產(chǎn)線。在此基礎(chǔ)上，2009年公司又研發(fā)出電解系統(tǒng)整體集成方案，并成功應(yīng)用于電解生產(chǎn)線。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)

該產(chǎn)品獨(dú)特配方，主要性能參數(shù)均已達(dá)到國(guó)外同行水平，部分甚至超過(guò)。耐腐蝕性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)。采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一次成型澆鑄工藝，從根本上解決了傳統(tǒng)槽應(yīng)力收縮、線膨脹和拼裝處易滲漏問(wèn)題，免維護(hù)，提高勞動(dòng)效率。產(chǎn)品強(qiáng)度高、絕緣好、槽壁薄，安全穩(wěn)定，節(jié)省投資。

（3）電解系統(tǒng)整體方案特點(diǎn)

技術(shù)全面升級(jí)，集成電解槽、各種預(yù)埋件、操作平臺(tái)、管道支架、節(jié)電裝置等，整體防腐，環(huán)境清潔，布局合理、安裝簡(jiǎn)便，節(jié)省建設(shè)周期和投資成本，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

（3）銷售業(yè)績(jī)

2007至2011年已經(jīng)生產(chǎn)1500余臺(tái)（包括銅、鋅、錳等）整體電解槽，在國(guó)內(nèi)近20余家有色冶煉知名企業(yè)得到應(yīng)用，同時(shí)產(chǎn)品已成功進(jìn)入沙特、哈薩克斯坦、剛果（金）等國(guó)家。

二、乙烯基樹(shù)脂整體電解槽與傳統(tǒng)混凝土玻璃鋼電解槽比較

1. 使用材料、結(jié)構(gòu)及使用壽命

（1）鋼筋混凝土+玻璃鋼電解槽

主要由鋼筋混凝土、玻璃鋼內(nèi)襯組成，其組成材料的主要成份鋼筋混凝土不具備防腐能力。

從結(jié)構(gòu)上說(shuō)其可分為2層，由里到外分別為玻璃鋼防腐層、鋼筋混凝土骨架層。無(wú)論是內(nèi)襯式電解槽還是內(nèi)膽式電解槽其主要的防腐能力為最內(nèi)層的玻璃鋼防腐層，當(dāng)玻璃鋼防腐層一旦出現(xiàn)破損，具有強(qiáng)腐蝕能力的電解液進(jìn)入鋼筋混凝土層，對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行侵蝕，造成電解槽主體的損壞，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)槽主體損壞嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)時(shí)，只能進(jìn)行整體更換。同時(shí)由于玻璃鋼層和鋼筋混凝土層兩種材質(zhì)不同，熱膨脹系數(shù)差別很大，極易造成其結(jié)合處分離，會(huì)出現(xiàn)電解槽玻璃鋼層與鋼筋混凝土分離現(xiàn)象，減弱了玻璃鋼層的承載能力，使其極易破損。

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽平均使用壽命在5～8年，有的使用不到2年就會(huì)出現(xiàn)破損現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)內(nèi)蒙古某廠10萬(wàn)噸銅冶煉586臺(tái)鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽2005年投入使用，自2010年后就有5%的電解槽開(kāi)始滲漏。湖北某廠電解二車間也有很多鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽被替換。

（2）乙烯基樹(shù)脂整體澆注電解槽

乙烯基樹(shù)脂整體澆注電解槽的主要材料為乙烯基樹(shù)脂、石英砂，其材料都有著較好的耐腐蝕性。由于采用乙烯基樹(shù)脂和石英砂做基料，在特定的溫度下整體澆注而成，其具有較強(qiáng)的抗壓及抗碰撞能力，整體都是防腐的，不存在防腐層和結(jié)構(gòu)層，這就使得該類型的電解槽有著更強(qiáng)的防腐性能。電解槽配件與槽體整體澆注成型，對(duì)比傳統(tǒng)電解槽的后期粘合安裝，使用壽命更長(zhǎng)。乙烯基樹(shù)脂電解槽使用壽命大于20年。

2. 節(jié)能降耗

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽在使用一段時(shí)間后，由于電腐蝕及制作原因，漏電比較嚴(yán)重，其主要原因是：

（1）定位針處由于經(jīng)常擠壓和電腐蝕會(huì)漏電打黑，甚至著火，以至于不得不讓檢修部門(mén)晚上安排人員搶修。

（2）溢流口也是經(jīng)常漏液漏電的地方，漏液時(shí)必須修補(bǔ)或更換，有時(shí)由于修補(bǔ)不及時(shí)會(huì)漏電。

（3）上清液口和陽(yáng)極泥口漏電主要是電解槽大小堵破損引起的漏電。

相對(duì)于以上兩種電解槽來(lái)說(shuō)，乙烯基樹(shù)脂電解槽絕緣性能要好得多，由于其自身是絕緣體整體制作，并且定位針溢流盒口和大小堵的腐蝕可以避免，不存在漏電現(xiàn)象，由于其本身結(jié)構(gòu)層加強(qiáng)筋不采用鋼筋，這就減少了通電條件下槽壁渦流的產(chǎn)生。

3. 檢修維護(hù)和電解槽利用率

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽在破損檢修時(shí)費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，一般是一個(gè)陰極周期（7～10天），這段時(shí)間內(nèi)該電解槽是沒(méi)有陰極銅產(chǎn)出的，而且該槽要用短路器短路，使得電能浪費(fèi)嚴(yán)重，如果接觸點(diǎn)清洗不干凈還會(huì)起火，檢修期間電流密度局部過(guò)高，電流密度分布不均勻，會(huì)產(chǎn)生更多短路增加電耗。而乙烯基樹(shù)脂電解槽由于是整體澆注，可以做到免維護(hù)，在非正常掉落陽(yáng)極或陰極擦傷電解槽情況下，可以做到即修即用，維修時(shí)間不會(huì)超過(guò)3小時(shí)，這就大大減小了維修時(shí)間和成本，使電解槽的利用率達(dá)到100%（鋼筋混凝土+玻璃鋼電解槽利用率95%～98%），提高了3%～5%。

4. 減小占地面積，節(jié)約投資

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽壁厚約在115～150mm之間，兩者在廠房?jī)?nèi)占地面積基本相等，而乙烯基樹(shù)脂電解槽由于其較高的強(qiáng)度，壁厚是70mm，這就大大縮短了整組電解槽的長(zhǎng)度，減少了行車作業(yè)的距離，提高了行車的作業(yè)率。節(jié)約的廠房距離內(nèi)又可多布置6%～10%的電解槽，有利于擴(kuò)產(chǎn)挖潛，增加產(chǎn)量。另外，廠房的縮短節(jié)約了銅母線排的使用，減少了投資。節(jié)約出的場(chǎng)地還可以挖潛產(chǎn)能，據(jù)估算，20萬(wàn)噸銅電解車間節(jié)約的場(chǎng)地面積約為660平方米。

5. 安裝時(shí)間

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽混凝土主體制作并安裝完畢后，需再做玻璃鋼內(nèi)襯，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且還會(huì)受到天氣和溫度的影響，導(dǎo)致玻璃鋼襯里質(zhì)量參差不齊。乙烯基樹(shù)脂電解槽不需要再做玻璃鋼內(nèi)襯，直接吊裝就位后稍作精確調(diào)平即可，安裝時(shí)間大大縮短。以年產(chǎn)20萬(wàn)噸電解銅的項(xiàng)目為例，乙烯基電解槽安裝比傳統(tǒng)電解槽安裝時(shí)間可縮短40天。

三、未來(lái)發(fā)展方向

通過(guò)有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算表明，乙烯基樹(shù)脂澆注電解槽以20年使用計(jì)算，20萬(wàn)噸電解銅乙烯基樹(shù)脂澆注電解槽成本比玻璃鋼電解槽至少節(jié)約1000萬(wàn)元，乙烯基樹(shù)脂澆注電解槽在使用壽命、節(jié)能降耗、長(zhǎng)期投資效益等方面有較大的優(yōu)勢(shì)。使用乙烯基樹(shù)脂整體澆注電解槽不僅設(shè)備投資不增加，而且還可提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)成本。乙烯基樹(shù)脂銅電解槽在國(guó)外已經(jīng)使用20年，使用效果良好，具有很大的優(yōu)越性。相信隨著銅工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，乙烯基樹(shù)脂電解槽會(huì)在中國(guó)銅工業(yè)將得到大量推廣和應(yīng)用。

作者單位：西部礦業(yè)投資（天津）有限公司

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