銅電解車間提高電流密度下的生產(chǎn)與實踐

別良偉，任智順

(金川集團股份有限公司銅冶煉廠，甘肅金昌 737100)

1 引言

在銅電解生產(chǎn)中，電流密度是衡量銅電解生產(chǎn)技術(shù)水平的一項重要技術(shù)指標，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、減少流動資金占用。高電流密度生產(chǎn)是銅企業(yè)共同追求的目標。采用傳統(tǒng)始極片電解工藝生產(chǎn)陰極銅的企業(yè)，在采用大板陽極板、不改變極距、不增加電解槽下提高電流密度更是增加電銅產(chǎn)能最快的方法［1－3］。

國內(nèi)某大型銅冶煉廠銅電解車間于2009年5月～12月在150kt/a系統(tǒng)進行了提升電流密度的工業(yè)擴大試驗，試驗結(jié)果顯示該公司外購高雜陽極板在高電流密度下能夠生產(chǎn)出符合國家標準GB/T467－1997(CATH－1)的高純陰極銅，同時車間摸索出在高電流密度條件下生產(chǎn)出高純陰極銅的合理添加劑配比及相關(guān)工藝技術(shù)條件。試驗成功后車間于2010年6月在200kt/a系統(tǒng)進行高電流密度的工業(yè)化生產(chǎn)，逐步實現(xiàn)了車間大板陰極銅生產(chǎn)系統(tǒng)275～280A/m2高電流密度生產(chǎn)，產(chǎn)出的高純陰極銅合格率保持在95%以上，符合國家標準GB/T467－1997(CATH－1)。這樣銅電解車間不僅可以順利完成全年的生產(chǎn)任務(wù)，并且使單位產(chǎn)品的勞動工資、維修費、相應(yīng)地減少，提高了勞動效率，節(jié)約了設(shè)備設(shè)施投資，優(yōu)化了部分經(jīng)濟技術(shù)指標，達到利用原有設(shè)備增產(chǎn)的目的，使整個銅生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟科學(xué)運行。

本文重點介紹銅電解車間大板陰極銅生產(chǎn)系統(tǒng)275～280A/m2電流密度下的生產(chǎn)實踐及取得的成果。

2 提高電流密度的生產(chǎn)與實踐

提高電流密度下生產(chǎn)主要工藝技術(shù)條件對比表見表1。電流密度提高到275～280A/m2以后，為了保證電解體系中各組分的穩(wěn)定，需要每天根據(jù)電解液分析結(jié)果，及時進行抽、補液、補H2SO4，以維持電解液中Cu2+和H2SO4濃度和溶液體積的平衡。車間通過在工藝技術(shù)控制、槽面精細化操作等方面逐步改進適應(yīng)，最終達到了增產(chǎn)保質(zhì)的目的。

表1 提高電流密度下生產(chǎn)主要工藝技術(shù)條件對比表

2.1 設(shè)備方面改進

(1)調(diào)整硅整流負荷。由于電流密度的提高，原硅整流器能力不能滿足需要，銅電解車間先后對種板整流變壓器和種板整流器、電解整流變壓器和電解整流器負荷進行調(diào)整，以適應(yīng)高電流密度下的電解生產(chǎn)，同時對整流室內(nèi)的冷卻水系統(tǒng)進行更新，以穩(wěn)定電流供應(yīng)和降低直流電單耗。

(2)國產(chǎn)陽極加工機組改造。對國產(chǎn)陽極機組的銑耳、壓板、液壓油缸等關(guān)鍵部位的部件進行更換，以提高陽極機組加工能力，為配合高電流密度生產(chǎn)，提高電流效率和槽作業(yè)率，降低能耗提供保證。

(3)對電解槽液位調(diào)節(jié)裝置改造。通過采用簡單易行的液位調(diào)節(jié)方式，保證電解過程不同時間段液面控制要求，一方面降低材料成本，另一方面可以減少陽極殘極頂部余留過多，降低殘極率。

(4)做好關(guān)鍵設(shè)備的檢修維護工作。做好循環(huán)泵、陽極泥地坑泵等關(guān)鍵設(shè)備及備品備件的統(tǒng)型工作，提高檢修效率。加強對陽極加工機組、電銅機組、導(dǎo)電棒機組、專用吊車等關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的日常點檢及維護工作，降低因陽極加工機組等設(shè)備故障給正常生產(chǎn)帶來的不利影響。

2.2 工藝方面改進

(1)電解液循環(huán)方式的改造。電流密度未提高前采用的是電解槽內(nèi)底管進液、兩端上部出液的循環(huán)方式，由于液流方向與陽極泥沉降方向相對，陽極泥沉降效果差，極易堵塞進液底管的孔眼，同時雜質(zhì)中As、Sb、Bi易形成飄浮陽極泥，對高純陰極銅的質(zhì)量影響較大。電流密度的提高會造成陽極附近的Cu2+濃度相應(yīng)增大，有出現(xiàn)陽極鈍化的危險，陰極附近Cu2+濃度相應(yīng)減小而降低陰極銅的質(zhì)量。為了減少陰極附近的濃差極化，提高陰極銅的質(zhì)量，增大電解液的循環(huán)速度，車間采取電解槽一端底部三通進液、另一端出液的循環(huán)方式，電解液從電解槽槽頭底部進液，槽尾一端出液，這樣可使電解液成分、溫度在電解槽內(nèi)分布相對均勻，提高循環(huán)流量，減少陽極鈍化和濃差極化，減少因漂浮陽極泥在陰極的粘附幾率，降低貴金屬的損失，同時解決了進液底管易堵塞，更換繁瑣的問題。改造后，不僅節(jié)約了材料成本，還可以使通電時間提前，槽作業(yè)率大大提高，為陰極銅產(chǎn)量提升創(chuàng)造了良好的條件。

(2)合理調(diào)整大板銅陽極板物理規(guī)格。高電流密度下陽極板的溶解和陰極銅的析出速度加快，在保證陽極周期20d，陰極周期10d的情況下，通過計算將陽極板重量由原來的320kg/塊提高到330～340kg/塊，陽極板在澆鑄上均采用上厚下薄型式，通過調(diào)整陽極板身尺寸、耳部尺寸，以降低大板銅殘極率，提高電流效率，降低陰極銅加工成本，優(yōu)化銅電解生產(chǎn)各項技術(shù)指標。

(3)加強電解工藝技術(shù)條件控制。高電流密度下陽極的電化學(xué)溶解速度加快，電解液中的Cu2+濃度不斷上升，As、Sb、Bi等雜質(zhì)也在不斷富集，而硫酸濃度則逐漸降低［4］。為保持高電流密度下電解液成分的均勻性，避免小范圍電解槽內(nèi)電解液成分波動大，控制雜質(zhì)濃度在規(guī)定的范圍內(nèi)，車間加大了電解液凈化和循環(huán)力度，每天根據(jù)電解液化驗分析結(jié)果，定時定量的從低位槽中抽取電解液凈化，采取勤抽少補、小流量補入的原則。根據(jù)電解液的蒸發(fā)量和當天生產(chǎn)作業(yè)的情況，實現(xiàn)小流量連續(xù)補充冷凝水，嚴格控制各溶液儲罐的液位，保證電解液總體積的穩(wěn)定。同時將電解液循環(huán)速度提高到28～35L/min，每天定時檢測電解槽中電解液的溫度，確保電解液溫度均勻控制在60～65℃。

為避免陰極銅出現(xiàn)氣孔，通過更改高位槽溢流管的位置，改變槽頭回液總管的位置，循環(huán)槽進液管增加緩沖槽等措施，有效的避免了陰極銅出現(xiàn)氣孔的現(xiàn)象。

(4)合理調(diào)整添加劑的配比。添加劑是一項控制陰極銅質(zhì)量的重要因素，高電流密度下若添加劑配比不當，易引起陰極表面的樹枝狀結(jié)晶、凸瘤、粒子等析出物，使陰、陽極之間的短路現(xiàn)象顯著增加，引起電流效率的下降［5］。現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施檢修完畢后，天氣的變化，現(xiàn)場突然斷送電等特殊情況易造成生產(chǎn)體系不穩(wěn)。根據(jù)陰極銅表面析出情況，及時調(diào)整添加劑的配比，明膠、硫脲和阿維同等添加劑定時定量充分混合均勻后小流量地加入生產(chǎn)高位槽，鹽酸和補充硫酸定時定量加入循環(huán)槽，避免電解液成分波動，確保陰極銅質(zhì)量穩(wěn)定。

(5)加強各崗位精細化操作。車間崗位人員從陽極板加工、鈦種板的打磨、始極片剝離、挑選、加工等工序?qū)嵭芯毣僮?，保證陽極和始極片的懸垂度和加工質(zhì)量。對陽極和始極片裝槽工序制定精細化操作要求，從平板、照大耳、找排列、擦接觸點等確保入槽兩極間距均勻、懸垂度好、電力線分布均勻。槽面做好極間短路和燒板的檢測與處理工作，為確保各接觸點導(dǎo)電性良好，以降低接觸電阻，降低槽電壓，從而降低電耗，提高電效。認真做好提壓溜工作，確保陽極板溶解均勻，降低殘極率和陰極銅的加工成本。

2.3 節(jié)能降耗、增收節(jié)支的措施

在銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗是主要的能源消耗，約占總能耗的99.0% ～99.5%以上，可見銅電解精煉過程中節(jié)能的關(guān)鍵是節(jié)電和節(jié)汽。因此，做好電消耗與蒸汽消耗的節(jié)能降耗工作是降低電解銅的綜合成本，提高產(chǎn)品市場競爭力的關(guān)鍵所在［6］。

提高電流密度會使陰、陽極電位差加大，同時電解液的電壓降、接觸點和導(dǎo)體上的電壓損失增加，從而增加了槽電壓和電解的直流電單耗。車間嚴格控制電解液的溫度保持在60～65℃，該措施可有利于降低電解液的粘度，使漂浮的陽極泥容易沉降，增加各種離子的擴散速度，減少電解液的電阻，從而提高電解液的導(dǎo)電率、降低電解槽的電壓降，減少銅電解生產(chǎn)的電能消耗。

電流密度的提高，電解液電阻產(chǎn)生的熱量隨之增加，因此用來加熱電解液所用的蒸汽消耗量減少。高電流密度會使電解槽液面水份蒸發(fā)而造成車間內(nèi)酸霧加重，惡化了勞動條件，因此在用高電流密度生產(chǎn)時在電解槽上面覆蓋槽蓋布可減少蒸汽消耗。對循環(huán)系統(tǒng)的槽罐和溜槽加蓋，減少設(shè)備的對流、輻射放熱，對槽罐和管道做好保溫措施，同時采用換熱效率更高的鈦板式換熱器，一方面降低了蒸汽波動對電解的影響;另一方面提高了熱效率，降低了蒸汽消耗，節(jié)約了能源［7］。

根據(jù)原料成分情況，在保證電解工序技術(shù)條件穩(wěn)定的前提下，及時、合理地組織凈化電蒸發(fā)的開停工作，以降低動力電消耗。合理組織生產(chǎn)、優(yōu)化生產(chǎn)要素，保證電解槽滿負荷運行，通過強化管理，提高精細化操作水平，提高能源利用效率，從根本上降低能耗指標。

3 社會效益

采用275～280A/m2高電流密度后除了能提高陰極銅產(chǎn)能外，還可大幅度提高勞動效率，緩解企業(yè)人力資源的緊張狀況，降低了基建投資優(yōu)化了部分電解經(jīng)濟技術(shù)指標，使該公司的銅電解技術(shù)處于國內(nèi)同行業(yè)先進水平，該技術(shù)將為公司下一步銅產(chǎn)業(yè)不斷做大做強提供有力的技術(shù)支持，社會效益十分顯著。

4 結(jié)語

銅電解車間于2010年6月將275～280A/m2的高電流密度全面推廣應(yīng)用在整個大板陰極銅生產(chǎn)系統(tǒng)后，通過采取有效的措施使高純陰極銅品級率95%以上，產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準GB/T467－1997(CATH－1)。該技術(shù)的研發(fā)及成功應(yīng)用，不僅提高了該公司銅電解技術(shù)水平，實現(xiàn)了公司“工藝要適應(yīng)原料”的要求，同時在不增加設(shè)備、設(shè)施和基建投資的情況下，使陰極銅的產(chǎn)能得到提高，進一步提高了勞動生產(chǎn)率，優(yōu)化了部分經(jīng)濟技術(shù)指標，為企業(yè)選擇合理的電流密度和推進企業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新、適應(yīng)市場打下了有力基礎(chǔ)，創(chuàng)造了可觀的社會效益。

［1］ 許衛(wèi)，呂重安，肖發(fā)新.大冶冶煉廠高電流密度銅電解工業(yè)試驗［J］.中國有色冶金(重金屬)，2008(6):36－39.

［2］ 宣善倫.高電流密度下生產(chǎn)陰極銅的實踐［J］.中國有色冶金(重金屬)，2007(12):27－29.

［3］ 鄭雅杰，趙攀峰，等.高電流密度電解對陰極銅質(zhì)量的影響［J］.中南大學(xué)學(xué)報，2009，40(2):311 －316.

［4］ 有色金屬提取冶金手冊編委會.有色金屬提取冶金手冊(銅鎳卷)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［5］ 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

［6］ 別良偉.銅電解精煉過程中的節(jié)能措施與實踐［J］.銅業(yè)工程，2011(1):43－45.

［7］ 李寶文.侯馬冶煉廠50kt/a銅電解設(shè)計與生產(chǎn)實踐［J］.銅業(yè)工程，2007(1):40－42.