兩極四觸點絕緣板在銅電解過程中的性能分析

謝鈿生， 何夏雨

(銅陵有色金冠銅業(yè)分公司， 安徽 銅陵 244000)

兩極四觸點絕緣板在銅電解過程中的性能分析

謝鈿生， 何夏雨

(銅陵有色金冠銅業(yè)分公司， 安徽 銅陵 244000)

通過生產(chǎn)試驗，分析比較了銅電解過程中兩極四觸點絕緣板和常規(guī)絕緣板的性能，提出了兩極四觸點絕緣板的改進(jìn)思路，以提高其實用性和節(jié)能性。

銅電解； 兩極四觸點絕緣板； 電流效率； 電銅質(zhì)量； 節(jié)能

1 研究目的

目前銅電解常用的傳統(tǒng)絕緣板采用的是玻璃鋼材質(zhì)或四氟板做成的完全絕緣材料，兩極四觸點絕緣板改變了傳統(tǒng)電解絕緣板的性質(zhì)，在原有的絕緣板內(nèi)置同極導(dǎo)電排。兩極四觸點絕緣板有著理論上使銅電解電流密度均勻性提高15%以上、電銅質(zhì)量更容易控制、同種條件下電效更高的優(yōu)勢，該項技術(shù)獲得了國家專利授權(quán)。但兩極四觸點絕緣板在國內(nèi)銅電解方面的應(yīng)用尚無明確結(jié)論。本文進(jìn)行了同等條件下兩極四觸點絕緣板與常規(guī)絕緣板銅電解生產(chǎn)試驗，對采用兩種不同絕緣板銅電解時的短路率、電銅質(zhì)量、槽電壓、電流效率等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了對比分析。

2 試驗對比

2.1 短路率

1個陽極周期20 d，1個陰極周期10 d，一個陽極周期對應(yīng)2個陰極周期。進(jìn)行了6個陽極周期的生產(chǎn)試驗對比，結(jié)果顯示，兩極四觸點絕緣板短路的數(shù)量要比常規(guī)絕緣板低，陽極前半周期低約21.9%，陽極后半周期低15.6%，短路率控制方面兩極四觸點絕緣板優(yōu)勢明顯。表1為工廠實測的短路絕緣板數(shù)量。

表1 常規(guī)絕緣板與兩極四觸點絕緣板短路數(shù)量對比 塊

2.2 槽電壓

槽電壓主要由陽極到陰極的各部分電壓降組成，包括陰陽電極、電解液、電極接觸電壓降。兩極四觸點絕緣板與常規(guī)絕緣板主要在電極接觸點上存在差異。有資料顯示[1]，陰極板的平均接觸電壓占總槽電壓的8%～10%。為準(zhǔn)確分析兩者之間的差異，分別選取陽極前半周、后半周期對應(yīng)的6個周期的平均槽壓進(jìn)行對比，結(jié)果兩極四觸點絕緣板槽組的槽電壓比常規(guī)絕緣板的高。表2為工廠實測槽電壓值。

表2 常規(guī)絕緣板與兩極四觸點絕緣板電解槽槽壓比較 V

2.3 電銅質(zhì)量

6個陽極整周期對比結(jié)果顯示(見表3)，兩極四觸點絕緣板的電銅優(yōu)質(zhì)品率與常規(guī)絕緣板的基本相同，無明顯優(yōu)劣勢。

表3 常規(guī)絕緣板與兩極四觸點絕緣板電銅優(yōu)質(zhì)品率對比 %

2.4 電流效率

通過6個陽極整周期的試驗發(fā)現(xiàn)，兩種絕緣板的電流效率各有高低，電流效率平均值基本相當(dāng)。因此，兩種絕緣板在電流效率方面無明顯差別。表4為工廠實測電流效率。

表4 常規(guī)絕緣板與兩極四觸點絕緣板電流效率對比 %

2.5 電流分布均勻性

該廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，兩極四觸點絕緣板的槽組電流分布要比常規(guī)絕緣板更加均勻可控。對10個電解槽，每槽55塊電銅，共計550塊電銅計量統(tǒng)計，并進(jìn)行單重方差比較分析，見表5。相比之下，兩極四觸點絕緣板生產(chǎn)的電銅單重方差值更小，說明兩極四觸點絕緣板槽組電銅單重均勻性優(yōu)于常規(guī)絕緣板。

表5 常規(guī)絕緣板與兩極四觸點絕緣板電銅單重方差對比

3 兩極四觸點絕緣板設(shè)計理論分析

3.1 兩極四觸點絕緣板電路

圖1為電路示意圖，實線為常規(guī)絕緣板的電路走向，增加的點劃線為兩極四觸點絕緣板電路的走向，極板的另一端增加一條電路。

R陽接—陽極板原有(常規(guī)絕緣板)導(dǎo)電板接觸電阻;陽極板(兩極四觸點絕緣板)導(dǎo)電板接觸電阻; R陰接—陰極板原有(常規(guī)絕緣板)導(dǎo)電板接觸電阻;陰極板(兩極四觸點絕緣板)導(dǎo)電板接觸電阻; R1…n電解液—電解液電阻圖1 兩極四觸點絕緣板電路示意圖

常規(guī)絕緣板電流從陽極導(dǎo)電板Ⅰ通向電解槽陽極的接觸點R陽極導(dǎo)入陽極板，經(jīng)過電解液再到陰極板(板面長銅)，最后通過陰極導(dǎo)電板接觸點R陰極和陰極導(dǎo)電排形成回路。

3.2 兩極四觸點絕緣板和常規(guī)絕緣板的差異

(1)使用常規(guī)絕緣板，當(dāng)陽極板耳部與導(dǎo)電排的接觸電阻過大或絕緣時，會造成陽極板不導(dǎo)電(即陽極涼燒)，電流回路被斷開，與之相鄰的陰極板一面不長電銅或電銅偏薄。

使用兩極四觸點絕緣板，發(fā)生陽極涼燒時，電流將通過陽極絕緣板，從該陽極板的另一個陽極耳通入，形成新的電流回路，從而避免陽極涼燒。但由于在新形成的電流回路中存在3個陽極接觸點，因此將導(dǎo)致槽電壓上升。

(2)使用常規(guī)絕緣板，當(dāng)陰極板導(dǎo)電棒與導(dǎo)電排接觸電阻過大或絕緣時，會造成陰極板不導(dǎo)電(即陰極涼燒)，電流回路被斷開，陰極板兩面不長電銅或電銅偏薄。

使用兩極四觸點絕緣排，在發(fā)生陰極涼燒時，電流將通過導(dǎo)電棒另一端的接觸點與其它陰極板串聯(lián)起來，形成新的電流回路，從而避免陰極涼燒。但由于形成的新電流回路中存在3個陰極接觸點，因此將導(dǎo)致槽電壓上升。

3.3 兩極四觸點絕緣板的特點

兩極四觸點絕緣板通過把陰極絕緣板和陽極絕緣板分別做成一個整體，在電解槽回路中形成了許多的電流支路，可以有效避免陽極涼燒或陰極涼燒，使電解槽內(nèi)電流分布更均勻。然而，由于兩極四觸點絕緣板形成的電流支路與原有的電流支路并不是并聯(lián)關(guān)系，而是起著輔助電路的作用，因此不具有降低槽壓的作用。而且相反，兩極四觸點絕緣板在將電解槽內(nèi)電流分布均勻化的同時，導(dǎo)致槽電壓出現(xiàn)升高。

3.4 兩極四觸點絕緣板改進(jìn)新思路

在原有的兩極四觸點電流回路上，通過增加一條支路，讓陰、陽極板的兩端形成兩條獨立的電流回路。這樣不僅可以使電解槽內(nèi)各極板電流分布均勻，還可以達(dá)到降低槽電壓的目的。

4 結(jié)論

兩極四觸點絕緣板在電流分布均勻性、短路控制方面優(yōu)勢明顯，但槽壓高于常規(guī)絕緣板，能耗更高。對其進(jìn)行改進(jìn)，可解決槽壓高的問題，實現(xiàn)節(jié)能并提高電銅質(zhì)量。

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

[2] 黃劍飛，張海寶，李華武.銅電解極板與導(dǎo)電排的接觸電阻探析[J].有色冶金設(shè)計與研究， 2016，(1)：21-22.

[3] 堵永國.電接觸與電接觸材料(二)[J].電工材料，2005，(3)：42-48.

Performance analysis of the two-pole and four-contact insulating plates in copper electrolysis

XIE Xi-sheng, HE Xia-yu

Through production practice, the performance of the two-pole and four-contact insulating plate and conventional insulating plate are compared during copper electrolysis. The idea to improve the four-contact insulating plate is proposed to improve its practicality and energy-efficiency.

copper electrolysis; four-contact insulating plate; electricity efficiency; cathode copper quality; energy-conservation

謝鈿生(1988—)，男，江西人，本科，冶煉工程師，主要從事有色金屬冶煉相關(guān)工作。

2016-05-09

2017-04-24

TF811

B

1672-6103(2017)03-0011-03