一種新型高強(qiáng)化銅電解技術(shù)與應(yīng)用

陳文龍

（江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

一種新型高強(qiáng)化銅電解技術(shù)與應(yīng)用

陳文龍

（江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

介紹了一種高強(qiáng)化銅電解技術(shù)的原理及其應(yīng)用，該技術(shù)能夠極大的提高銅電解精煉的生產(chǎn)強(qiáng)度，可以使銅電解電流密度最高達(dá)到420A/m2，產(chǎn)能在原有的基礎(chǔ)上提高50%，尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)場(chǎng)地受到局限的新電解車間建設(shè)及舊車間的改造。

平行流技術(shù)；平行流裝置；高電流密度；高強(qiáng)化電解；產(chǎn)能提高；創(chuàng)新探索

1 引言

銅電解精煉技術(shù)自1869年首次工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，經(jīng)過(guò)始極片工藝、永久不銹鋼陰極工藝以及自動(dòng)化的引進(jìn)應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展成為一套相對(duì)成熟穩(wěn)定的工藝。而強(qiáng)化電解提高產(chǎn)能、提高電解技術(shù)水平是今后銅電解的發(fā)展趨勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)外銅電解工藝主要有兩種：常規(guī)始極片電解工藝、永久不銹鋼陰極電解工藝，電流密度在220～330A/m2之間。以山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司為例，該公司一期電解車間采用永久不銹鋼陰極電解工藝，年產(chǎn)20萬(wàn)噸高純陰極銅，電流密度設(shè)計(jì)值280A/m2。為了適應(yīng)電解銅產(chǎn)能提高的要求，2009年該公司與奧地利Mettop公司合作在二期720個(gè)電解槽上開(kāi)發(fā)應(yīng)用了世界上最先進(jìn)的高強(qiáng)化電解技術(shù)—平行流電解技術(shù)。2011年6月二期電解正式通電生產(chǎn)，電流密度最高達(dá)420A/m2。

2 電解平行流技術(shù)

2.1 平行流技術(shù)的原理

現(xiàn)將高強(qiáng)化平行流電解技術(shù)運(yùn)行原理介紹如下：

銅電解過(guò)程即在直流電的作用下，陽(yáng)極板溶解的銅離子擴(kuò)散至陰極區(qū)，在陰極板上析出的過(guò)程。在高電流密度的工況下，陽(yáng)極區(qū)擴(kuò)散層加厚、陰極區(qū)銅離子貧化，極易造成濃差極化、陽(yáng)極鈍化、長(zhǎng)粒子等工藝事故。平行流技術(shù)針對(duì)這一問(wèn)題，提出完美的解決方案。它通過(guò)改變電解液在電解槽中的流動(dòng)方式、提高電解液的循環(huán)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)電流密度的提高。具體來(lái)說(shuō)，它通過(guò)側(cè)面的噴嘴使電解液以一定的速度進(jìn)入電解槽，在陰陽(yáng)極板之間形成一個(gè)利于銅電解過(guò)程的循環(huán)，有效地改善陰極表面擴(kuò)散層，使電解液濃度、溫度更加均勻，成功地解決了因電流密度提高引起的銅離子濃差極化問(wèn)題，避免了濃差極化導(dǎo)致的陽(yáng)極鈍化及陰極銅質(zhì)量降低的問(wèn)題［1］。

由于陽(yáng)極板附近電解液流速高，可能引起陽(yáng)極泥不容易沉降，粘附在陰極板上造成長(zhǎng)粒子，所以平行流噴嘴與陰極板的位置一定要精確，平行流裝置的陰極定位塊成功的解決了這個(gè)問(wèn)題，保證在此種電解液流動(dòng)方式下陽(yáng)極泥的順利沉降，避免陰極銅質(zhì)量的降低。

圖1 采用平行流技術(shù)的電解槽中電解液的流動(dòng)方向

圖2 采用平行流技術(shù)的極板間電解液的流動(dòng)方向［2］

2.2 平行流裝置的結(jié)構(gòu)

平行流裝置由進(jìn)液彎管、箱體、108個(gè)噴嘴、54個(gè)定位塊組成。電解液由特定位置的噴嘴進(jìn)入電解槽，在陰陽(yáng)極板之間形成一個(gè)循環(huán)，自電解槽兩端溢流斗流出。54個(gè)定距塊確定陰陽(yáng)極板在電解槽中的精確位置。如圖3所示。

圖3 電解平行流裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3 平行流技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）平行流技術(shù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，可將電流密度提高至420A/m2，產(chǎn)能提高50%，也就是說(shuō)原產(chǎn)20萬(wàn)t的電解車間產(chǎn)能可提高至30萬(wàn)t［3］，其高效性十分明顯。

（2）上述產(chǎn)能的提高只需消耗部分電能，但大大減少了蒸汽的消耗量，電解工序單位產(chǎn)品綜合能耗基本持平。

（3）平行流技術(shù)的應(yīng)用不必改變?cè)娊廛囬g的土建結(jié)構(gòu)、電解槽數(shù)，只需更換部分必要的硬件設(shè)備，即可完成對(duì)原有電解車間的改造，尤其適用于生產(chǎn)場(chǎng)地有局限的新車間建設(shè)及舊車間改造，其推廣十分便利［4］。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 生產(chǎn)情況

2011年6月8日二期電解車間通電生產(chǎn)，電流密度逐步由280 A/m2提到385 A/m2，最高達(dá)到412 A/m2。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索調(diào)整，電解銅質(zhì)量有了明顯的好轉(zhuǎn)，并于7月26日產(chǎn)出電流密度420A/m2工況條件下第一批高純陰極銅，電解進(jìn)入穩(wěn)定生產(chǎn)階段，基本實(shí)現(xiàn)了平行流技術(shù)的產(chǎn)能目標(biāo)。

3.2 指標(biāo)對(duì)比及分析

采用電解平行流技術(shù)前后的技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 采用電解平行流技術(shù)前后的技術(shù)參數(shù)對(duì)比

由表1可知：

（1）平行流技術(shù)應(yīng)用前后，電解槽數(shù)、每槽陰極板數(shù)、年工作日等基礎(chǔ)條件不變。

（2）通過(guò)電解液循環(huán)量的提高（由35L/min.cell提高至100L/min.cell），實(shí)現(xiàn)電流密度的提高（由280A/m2提高至420A/m2），從而產(chǎn)能提高52%。

（3）在產(chǎn)能提高的情況下，平均電流效率穩(wěn)定在98%以上。

（4）隨著電流密度的提高，電耗增加47.7%，蒸汽單耗降低88.35%，工序能耗增加1.7%，基本持平。

4 存在的問(wèn)題及對(duì)策

4.1 在7、8月份高溫天氣，電解液溫度過(guò)高

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在7、8月份高溫天氣，由于通電電流在43300A以上，電解液在不加熱的情況下，溫度依然超出控制范圍（62～66℃），最高可達(dá)到70℃。針對(duì)此種情況，公司耗資200余萬(wàn)元，在二期電解循環(huán)水系統(tǒng)增設(shè)一套電解液循環(huán)冷卻系統(tǒng)。滿足了電解工藝參數(shù)的控制要求，保證了電解的正常生產(chǎn)［3］。

4.2 槽面電解液流量不勻，調(diào)整困難，容易出現(xiàn)死槽、電解液噴濺現(xiàn)象

針對(duì)此種情況，我們?cè)谶M(jìn)液管路上安裝大小合適的孔板，最大可能的保證槽面流量的均勻；加強(qiáng)槽面點(diǎn)檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理死槽現(xiàn)象，避免長(zhǎng)時(shí)間死槽而造成電銅打黑［5］現(xiàn)象；制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電解液防噴濺裝置，取得了顯著的效果。

4.3 工藝事故“放大效應(yīng)”

該技術(shù)對(duì)電解系統(tǒng)穩(wěn)定性要求更高，各工藝控制參數(shù)［6］要求更加精確。一旦原料品位或系統(tǒng)控制參數(shù)波動(dòng)過(guò)大，出現(xiàn)燒板、鈍化等工藝事故時(shí)，往往產(chǎn)生比常規(guī)電解更嚴(yán)重的后果。這就要求我們加強(qiáng)日常管理工作，并及時(shí)與上游熔煉工序聯(lián)系，保證原料品位及電解系統(tǒng)［7］的穩(wěn)定，同時(shí)在日常管理過(guò)程中，加強(qiáng)槽面管理及點(diǎn)檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，盡量避免重大工藝事故的發(fā)生。

4.4 由于取消了高位槽的設(shè)計(jì)，采用泵直接供液的方式，循環(huán)系統(tǒng)中易帶入空氣，在陰極上形成氣孔，影響陰極銅質(zhì)量

針對(duì)此種情況，我們采取相應(yīng)措施：①進(jìn)液主管上加裝高位排氣管，以排出系統(tǒng)中的氣體。②循環(huán)泵進(jìn)口加裝一個(gè)渦流開(kāi)關(guān)，避免氣體隨渦流進(jìn)入泵體。③采用高質(zhì)量的鋼骨架管道，同時(shí)加強(qiáng)管路系統(tǒng)點(diǎn)檢，定期緊固法蘭、伸縮節(jié)螺栓，避免管道系統(tǒng)進(jìn)氣。

4.5 進(jìn)液彎管接頭采用螺紋連接，易損壞

針對(duì)此種情況，我們加強(qiáng)槽面點(diǎn)檢，發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)更換接頭，同時(shí)積極摸索新的連接方式或接頭材質(zhì)。

4.6 噴嘴易損壞、易堵塞，三角塊易脫落

此種情況是由于PFD的特殊結(jié)構(gòu)造成的，在出裝槽過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)此種情況，及時(shí)組織人員維修、清理噴嘴及三角塊。同時(shí)我們積極探討改進(jìn)PFD結(jié)構(gòu)的可能性，以期降低此類故障的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著這種新型高強(qiáng)化電解技術(shù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，一種高效的平行流電解槽已經(jīng)推出市場(chǎng)，該平行流電解槽集成了平行流裝置和樹(shù)脂混凝土電解槽的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種高效、環(huán)保、耐用的新型電解設(shè)備。

作為一種新型的高強(qiáng)化銅電解技術(shù)，平行流技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用依然處于摸索階段，它雖然存在一些問(wèn)題，但成功的將銅電解的電流密度提高到420 A/m2，年產(chǎn)20萬(wàn)t電解車間產(chǎn)能提高到30萬(wàn)t，尤其適用于生產(chǎn)場(chǎng)地受到局限的新電解車間建設(shè)及舊車間改造，它的高效性、易于推廣的特點(diǎn)，對(duì)電解精煉技術(shù)的發(fā)展有極大的推動(dòng)作用。

［1］吳繼烈， Andreas Filzwieser. 高電流密度銅電解技術(shù)的理論及實(shí)踐［J］.有色金屬（冶煉部分）， 2014（2）：13-17.

［2］周松林. 高強(qiáng)化銅電解精煉新工藝與生產(chǎn)實(shí)踐［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2013（2）：1-4.

［3］梁源， 王亞民， 楊家庭，等. 高強(qiáng)化PFD銅電解精煉與傳統(tǒng)工藝比較［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2015（9）：30-34.

［4］Wenzl ch，F(xiàn)ilzwieser I，F(xiàn)ilzwieser A， et al. Newest Devel-opments using the METTOP-BRX-Technology［C］. //Proceedings of Copper 2010，Hamburg， Germany， 2010：1 713-1 722.

［5］朱祖澤， 賀家齊. 現(xiàn)代銅冶金學(xué)［M］. 北京：科學(xué)出版社， 2003.2：535-542.

［6］許并社， 李明照. 銅冶煉工藝［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2006. 11：199-238.

［7］楊國(guó)才， 閃速煉銅工藝與控制［D］. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社， 2010：210-216.

A New Strength Copper Electrolysis Technology and its Application

CHEN Wen-long
（Jiangxi Copper-Yates Foil Co.， Ltd.， Nanchang， 330096， Jiangxi， China）

This paper introduces a high strength copper electrolysis technology and its application.The technology can greatly increase the productionintensity， making the copper electrolysis current density reach 420 A/m2highest and the capacity be increased by 50%， which is particularly applicable to theelectrolytic workshop renovation period with limit production site.

parallel flow technology； parallel flow device； high current density ；strength copper electrolysis； Increase capacity；innovation and explorationparallel flow technology； parallel flow device； high current density； high strength electrolysis； production capacity increase；innovation and exploration

TF111.52

B

1009-3842（2016）04-0072-03

2016-03-25

陳文龍（1982-），男，山東濟(jì)南人，主要從事材料化學(xué)的研究。E-mail： 574375765@qq.com