降低銅電解殘極率的生產(chǎn)實(shí)踐

文 / 煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司 王舉良

目前，在我國銅的冶煉方法仍以火法為主。銅的火法粗煉一般能產(chǎn)出含銅量為98.0%～99.5%的粗銅，其質(zhì)量不能滿足電氣和其他工業(yè)的需求。因此，幾乎所有的粗銅都要經(jīng)過火法精煉和電解精煉，生產(chǎn)含銅為99.95%以上的陰極銅。銅火法精煉和電解精煉工藝流程圖如圖1所示。

銅電解殘極率是影響陰極銅加工費(fèi)的重要指標(biāo)，大多數(shù)企業(yè)把殘極率作為銅電解工序的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)加以考核。煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司從2007年開始，對影響銅電解殘極率變化的火法精煉工序和電解精煉工序進(jìn)行嚴(yán)格控制和考核，以達(dá)到降低殘極率和節(jié)約成本的目的?？梢姕?zhǔn)確地計(jì)算銅電解殘極率的變化對所需陽極板的數(shù)量，以及電解過程加工費(fèi)的影響顯得尤為重要。

圖1 銅火法精煉和電解精煉工藝流程圖

一、殘極率的計(jì)算

殘極率以月為考核單位，殘極率的計(jì)算見下面公式。

殘極率= 本月產(chǎn)出殘極數(shù)量(t)上月底結(jié)存陽極板數(shù)量(t)+本月新進(jìn)陽極板數(shù)量(t)-本月底結(jié)存陽極板數(shù)量(t)

二、殘極率的升降對陰極銅加工費(fèi)增減量的計(jì)算

1. 計(jì)算公式的推導(dǎo)

每月陰極銅產(chǎn)量為w（噸），陰極銅含銅為99.98%，銅電解工序銅的回收率為99.80%，銅電解過程中98.5%的銅進(jìn)入陰極銅，計(jì)劃殘極率為20%，陽極板含銅為99.20%，實(shí)際生產(chǎn)殘極率為x，實(shí)際生產(chǎn)需陽極板量與計(jì)劃指標(biāo)相比增加（或減少）為y（噸），陽極板加工費(fèi)為z（元/噸），殘極率升降對陰極銅加工費(fèi)與計(jì)劃指標(biāo)相比增加（或減少）量為f（元 /噸）。

（1）每生產(chǎn)1t陰極銅需要溶解銅陽極板量

1×99.98%÷98.5%÷99.20%=1.023噸

（2）每生產(chǎn)1t陰極銅需要銅陽極板量

1.023÷99.8%÷(1-20%)=1.281噸

（3）每月實(shí)際需陽極板數(shù)量與計(jì)劃指標(biāo)相比增加（或減少）量

（4）殘極率升降對陰極銅加工費(fèi)與計(jì)劃指標(biāo)相比增加（或減少）量

計(jì)劃殘極率為20%，實(shí)際生產(chǎn)殘極率為15.40%，陽極板加工費(fèi)為450元 /噸，年產(chǎn)陰極銅10萬噸，可節(jié)約陰極銅加工費(fèi)313.44萬元。

2. 計(jì)算公式的使用說明

在上面的公式中，1.281是由幾個參數(shù)匯積而成，各企業(yè)的情況不同，參數(shù)亦可能上下波動；20%是計(jì)劃殘極率指標(biāo)，也因企業(yè)不同而不同，但是最后一項(xiàng)是很關(guān)鍵的，有的企業(yè)在計(jì)算中沒有這一項(xiàng)，這是不對的；如果沒有這一項(xiàng)，當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)殘極率為22%，誤差為22%；當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)殘極率為16%，誤差為16%。

以上只是通過計(jì)算說明銅電解殘極率升降對所需陽極板增減量及陰極銅加工費(fèi)的影響。實(shí)際上，因?yàn)殛枠O板加工費(fèi)中沒有考慮火法精煉工序的銅損失。如果殘極率比計(jì)劃指標(biāo)升高，返回的殘極中比計(jì)劃指標(biāo)增加的這部分殘極，在火法精煉過程中的銅損失，將使火法精煉和電解精煉銅總回收率降低；反之，如果殘極率比計(jì)劃指標(biāo)降低，除了對所需陽極板數(shù)量減少，陰極銅加工費(fèi)也會降低，并將使火法精煉和電解精煉銅總回收率升高。

三、降低殘極率

1. 改造陽極模

陽極板是用陽極模澆鑄而成，要改變陽極板的形狀，必須改造陽極模。

(1)陽極板耳部可以將陽極板吊掛于電解槽中并保持系統(tǒng)導(dǎo)電的部件，在電解過程中，陽極板耳部的質(zhì)量數(shù)基本不減少。為了達(dá)到堅(jiān)固的效果，原來的陽極板耳部，設(shè)計(jì)的比較粗壯，不利于殘極率的降低。2007年上半年，煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司對陽極模進(jìn)行了三次改造，主要是將耳部變窄減薄，并對側(cè)面斜度進(jìn)行調(diào)整。前二次因?yàn)闈茶T出來的陽極板耳部變形較大而不能使用，第三次對上部側(cè)面斜度進(jìn)行了調(diào)整，由12mm改為20mm，便于陽極板脫模。改造后的陽極模在2007年下半年投入使用， 每對陽極板耳部質(zhì)量由13.20kg減少為8.24kg，由于增加陽極板的厚度，單塊陽極板質(zhì)量數(shù)由200kg增加為220kg，理論計(jì)算，可降低殘極率2.85%。

(2)陽極模耳部上平面比相鄰部位高5mm，陽極模底部上平面比兩邊高20mm，有效地減少了陽極板的飛邊毛刺，減輕整板的勞動強(qiáng)度。

(3)陽極模頂板孔由機(jī)加工鉆孔改為一次性鑄孔工藝，提高了陽極模的整體性能，頂板孔周圍在使用過程中產(chǎn)生龜裂和斷裂的現(xiàn)象明顯減少，降低了陽極模消耗，減輕了陽極模的鑄造質(zhì)量數(shù)，省去了機(jī)加工費(fèi)用。

(4)每次澆鑄前向澆鑄面噴涂硫酸鋇漿，便于澆鑄后陽極板脫模，減少陽極板變形，有利于電解。

2. 對銅電解操作和陰極進(jìn)行改進(jìn)

（1）2003年，煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司將銅電解陰極面積由原來的760mm×750mm改為760mm×900mm，厚度保持0.7～0.8mm不變。因?yàn)榘迕婕娱L，陰極容易變形，就把機(jī)械壓紋釘耳機(jī)改為液壓壓紋釘耳機(jī)，母板在槽時(shí)間由24小時(shí)增加到32小時(shí)，始極片厚度由0.7～0.8mm增加到1.2～1.3mm。

（2）在陰極后期，因?yàn)殛帢O質(zhì)量較大，陰極吊耳處容易斷裂。所以，在陰極下槽24小時(shí)內(nèi)將電解槽液面提高20～30mm，使陰極吊耳處厚度增加。這樣，也使陽極耳部液面上移。因?yàn)?，陽極耳部液面處溶化速度快，陽極耳部液面處一直處于某一位置，在陽極后期，此處易斷裂，造成殘極率升高。通過調(diào)整電解槽液面高度，有效避免陽極耳部液面處斷裂，降低殘極率。

（3）強(qiáng)化陽極板的分板工作，對上薄下厚及側(cè)厚的異形板單獨(dú)堆放；每組陽極板之間質(zhì)量數(shù)相差不大于10 kg，按不同的質(zhì)量數(shù)分類入槽。

（4）加強(qiáng)半溶陽極挑選工作，將可以再使用16～24小時(shí)的半溶陽極分類擺放，重新入槽，此項(xiàng)可降低殘極率0.2%左右。

（5）提高電解液溫度，減輕陽極鈍化，特別是陽極板含Pb達(dá)到0.15%，電解電流密度達(dá)到280A/m2以上，對減輕陽極鈍化和降低槽電壓，效果特別明顯。將電解液溫度從2008年的60℃逐步提高到2010年的65℃，雖然蒸汽消耗略有增加，但是對電解生產(chǎn)還是有利的。

（6）穩(wěn)定電解液成分和溫度、電流強(qiáng)度、添加劑加入量等操作技術(shù)條件，使電解生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

四、達(dá)到的效果

經(jīng)過6年的努力，煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司在降低銅電解殘極率的工作方面取得了明顯的效果，銅電解殘極率從2003～2006年平均的21.54%降到2012年的15.40%。

2003～2012年銅電解殘極率統(tǒng)計(jì)表，見表1。在銅電解殘極率降低的同時(shí)，陽極模單耗也明顯降低。2003～2012年陽極模單耗表見表2。

表1 2003～2012年銅電解殘極率統(tǒng)計(jì)表 單位::%%

備注：6萬t/a電解在2012年7月24日至28日縮槽，7月28日停下來大修，8月20日開車；所以，2012年7月銅電解殘極率高，2012年8月銅電解殘極率低。

五、結(jié)語

通過改造陽極模，對銅電解操作和陰極進(jìn)行改進(jìn)，并加強(qiáng)現(xiàn)場管理，將考核指標(biāo)落實(shí)到火法精煉工序和電解精煉工序，可以顯著降低銅電解殘極率。實(shí)踐證明，采用該方法可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。如果陽極板采用自動定量澆鑄，陽極板之間質(zhì)量數(shù)相差進(jìn)一步減小，將減輕電解工序的勞動強(qiáng)度，并可進(jìn)一步降低銅電解殘極率。

[1]王舉良，孫頂潤，趙偉東.銅電解殘極率升降對陰極銅加工費(fèi)增減量的計(jì)算［J］.冶金能源,2010，（6）：15-17.

[2]李鵬，劉建萍，王艷.銅電解提高電流密度的生產(chǎn)實(shí)踐［J］.中國有色冶金,2011，（4）：22-24.

[3]王成國，于冰新.大陽極板耳部減薄銅電解的實(shí)踐［J］.有色設(shè)備,2010，（5）：19-22.