銅電解系統(tǒng)開車穩(wěn)定性的研究

劉宇鋒， 董 博， 劉建新， 曹昌盛， 高玉利

(大冶有色金屬集團(tuán)有限公司有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 黃石 435005)

大冶有色電解一車間投產(chǎn)至今一直采用傳統(tǒng)電解法(陰極采用始極片)，由于投產(chǎn)時(shí)間較長(基本在15年以上)，廠房設(shè)備設(shè)施老舊、腐蝕嚴(yán)重，需要每年定期對(duì)廠房進(jìn)行檢修，造成系統(tǒng)開停車較頻繁，近年來，通過合理安排生產(chǎn)組織、優(yōu)化工藝條件、提高操作管理水平等，A級(jí)銅產(chǎn)出率由過去74%提高至99.36%，取得了非常可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 影響系統(tǒng)開車穩(wěn)定性的因素

銅電解精煉實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，在這個(gè)平衡體系中，任何一道工序的失調(diào)都將打破這個(gè)體系的平衡，最終影響電銅質(zhì)量。在銅電解系統(tǒng)開停車過程中，由于生產(chǎn)組織過快的變化以及系統(tǒng)體積波動(dòng)較大，陰極銅容易出現(xiàn)發(fā)脆、板面粒子較多、疏松等癥狀，造成這些癥狀的主要原因是電解液配制和添加劑的配比、加入時(shí)間。

1.1 電解液配制因素

電解液是銅電解生產(chǎn)過程中的重要組成部分，由于系統(tǒng)檢修期間電解液存放時(shí)間較長、脫銅等導(dǎo)致電解液與正常生產(chǎn)期間差距較大，需要重新配制電解液，電解液配制主要包括電解液成分、電解液清潔度、電解液溫度、電解液體積。

1.1.1 電解液成分

電解液為硫酸銅和硫酸的水溶液，主要成分是銅、酸、鎳，電解液的成分與陰極銅質(zhì)量有著密切關(guān)系。電解液中銅含量過低，會(huì)使陰極銅析出疏松，易長粒子；電解液中銅離子濃度過高，會(huì)使陰極銅的結(jié)晶變得粗糙，增大電解液的密度和黏度，不利于陽極泥的沉降，導(dǎo)致陰極銅容易長粒子。電解液內(nèi)主要靠氫離子導(dǎo)電，在一定范圍內(nèi)電解液酸濃度越高，導(dǎo)電性越好，可以降低槽壓；若酸濃度過高，由于電離度降低，反而降低導(dǎo)電率，且酸度較高的電解液比重增大，影響陰極銅質(zhì)量。在系統(tǒng)通電前需要提前對(duì)電解液進(jìn)行配置，確保開車時(shí)電解液成分滿足生產(chǎn)需求。

1.1.2 電解液潔凈度

在銅電解精煉過程中，電解液的成分隨著電解液的配比不斷發(fā)生變化，在電解液配比過程中需對(duì)電解液進(jìn)行循壞過濾。電解系統(tǒng)剛檢修完，電解液里面含有大量的懸浮物、雜質(zhì)，對(duì)陰極銅質(zhì)量有影響。因此，為了維持電解液中的銅、酸含量及雜質(zhì)濃度都在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證開車前電解液成分穩(wěn)定、潔凈，就必須在電解液配置過程中加強(qiáng)電解液的過濾，以確保開車過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.1.3 電解液溫度

在銅電解生產(chǎn)過程中電解液要保持一定的溫度，并要適當(dāng)提高，這樣可使電解液黏度降低，漂浮陽極泥易于沉降，銅離子擴(kuò)散速度加快，電極附近銅離子濃度差減小等，從而可降低電解液中的懸浮物，提高陰極銅質(zhì)量。電解系統(tǒng)剛檢修完，電解液溫度較低，需要在電解液配置過程中用蒸汽逐步升溫，確保開車前電解液溫度達(dá)到要求。

1.1.4 電解液體積

在銅電解精煉過程中，系統(tǒng)開停車隨著生產(chǎn)組織的變化體積相應(yīng)的變化，系統(tǒng)開車前電解液配置的體積需根據(jù)開車組數(shù)及開車后生產(chǎn)組織的安排進(jìn)行冶金計(jì)算，體積配置較多，系統(tǒng)難以控制；體積配置較少，后期生產(chǎn)組織無法進(jìn)行。開車過程中，每天應(yīng)對(duì)系統(tǒng)體積進(jìn)行存量盤點(diǎn)，并根據(jù)系統(tǒng)銅溶解率計(jì)算出每天補(bǔ)水量，盡可能讓系統(tǒng)處在一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)。

1.2 添加劑

添加劑是一項(xiàng)控制陰極銅質(zhì)量的重要因素，適量的添加劑可以使陰極銅結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、雜質(zhì)含量少。目前系統(tǒng)使用的添加劑有明膠、硫脲、鹽酸。

2 系統(tǒng)開車過程

2016年大冶有色冶煉廠電解一車間對(duì)傳統(tǒng)大板進(jìn)行了檢修，電解傳統(tǒng)大板分為大板1系(320個(gè)電解槽)、大板2系(276個(gè)電解槽)。系統(tǒng)開停車時(shí)間為：大板2系3月15日停車、大板1系4月23日停車、大板2系5月12日開車、大板1系6月6日開車。針對(duì)前期摸索出的影響系統(tǒng)開車穩(wěn)定性因素，結(jié)合電解傳統(tǒng)大板開車實(shí)際情況，制定出相應(yīng)的措施。

2.1 大板2系開車

大板2系5月12日上午9:00通電開車，開車過程中主要包括前期電解液的配置、開車前添加劑的加入量、開車后陰極銅板面析出狀況及添加劑的加入量。

2.1.1 電解液的配制

大板1系從4月24日開始每天轉(zhuǎn)200～300 m3電解液到大板2系，截至5月3日，大板1系電解液已全部轉(zhuǎn)完，大板2系電解液體積為2 300 m3。

4月27日試開大板2系C、D循環(huán)，4月28日試開A、B列循環(huán)(有漏點(diǎn)停循環(huán)補(bǔ)焊)，截至5月4日槽下管道漏點(diǎn)已全部處理完。

4月30日開大板2系LAROX過濾機(jī)，對(duì)電解液進(jìn)行過濾，4月30日～5月4日，LAROX過濾機(jī)流量控制在110 m3/h，5月5日以后LAROX過濾機(jī)流量控制在150～170 m3/h。5月5日開板框過濾機(jī)，對(duì)洗槽電解液進(jìn)行過濾，確保在開車前系統(tǒng)電解液達(dá)到要求。

5月3日大板2系電解液成分酸:145 g/L、銅：35 g/L，C1 0.068 g/L，不符合開車工藝要求。從5月4日開始系統(tǒng)體積每天預(yù)計(jì)濃縮50 m3，到5月11日大板2系體積從2 300 m3濃縮到1 900 m3，電解液成分預(yù)計(jì)酸:176 g/L、銅：43 g/L、C1 0.098 g/L，符合開車條件。5月5～12日大板2系電解液成分及體積變化見表1。

表1 5月5～12日大板2系電解液成分及體積變化

5月5～7日，清理大板2系鈦板、恢復(fù)2#立泵；電解液配制過程中邊循環(huán)邊升溫確保開車前槽溫升至63～65 ℃，流量控制在25～30 L/min。

2.1.2 添加劑的加入

大板2系從5月5日開始加入添加劑，5月5～11日為開車前添加劑加入量，根據(jù)前幾年開車經(jīng)驗(yàn)、系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)添加劑加入量、轉(zhuǎn)入新的電解液中添加劑量、電解液體積等進(jìn)行測(cè)算，具體加入量如表2所示。

表2 5月5～11日(開車前)大板2系添加劑加入量

大板2系5月12日通電后，車間組織人員每天8∶30、16∶30、23∶30三個(gè)時(shí)間段去現(xiàn)場(chǎng)看陰極銅，并就陰極銅板面析出狀況進(jìn)行討論，制定相應(yīng)的措施，具體情況見表3。

表3 5月12～20日陰極銅板面析出狀況及添加劑調(diào)整情況

從開車前添加劑的加入、開車后陰極銅板面析出狀況及添加劑的加入可以得知，大板2系開車前配置的電解液主要來自于大板1系，大板1系停車到大板2系開車總共20天，電解液中的膠已經(jīng)失去作用，大板2系開車前底膠加入量未考慮這一點(diǎn)，造成開車時(shí)底膠不足，導(dǎo)致開車過程中陰極銅板面亮點(diǎn)較多、板面疏松、發(fā)脆。開車后(5月12～16日)臨時(shí)補(bǔ)了160 kg膠，板面剛開始有所好轉(zhuǎn)，后期惡化厲害，主要原因是膠真正發(fā)揮作用需要2天以后，臨時(shí)補(bǔ)膠過多導(dǎo)致系統(tǒng)瞬間膠量過多，5月16日開始增開組數(shù)、擴(kuò)充體積以降低系統(tǒng)膠含量。大板2系開車采用的是池州冠華陽極板，陽極板含銀達(dá)到1 500×10-6，再加上系統(tǒng)剛檢修完，電解液中含有大量懸浮物，導(dǎo)致開車前幾天系統(tǒng)鹽酸不足，5月16日將鹽酸日加入量由30 L提高到60 L，5月17日陰極銅板面明顯好轉(zhuǎn)，5月19日出銅，除板面有少量粒子，其他都正常。在這個(gè)過程中系統(tǒng)總共加入了明膠425 kg、硫脲85 kg、鹽酸540 L。后期隨著生產(chǎn)組織及體積的變化，結(jié)合板面析出狀況適時(shí)地調(diào)整添加劑加入量。

2.2 大板1系開車

大板1系6月6日上午9:00通電開車，開車過程中主要包括前期電解液的配制、開車前添加劑的加入量、開車后陰極銅板面析出狀況及添加劑的加入量。

2.2.1 電解液的配制

5月24～31日，大板2系每天向大板1系轉(zhuǎn)60 m3電解液；6月1～15日，大板2系每天向大板1系轉(zhuǎn)80 m3電解液；5月30日～6月4日，30萬t銅電解項(xiàng)目每天向大板1系轉(zhuǎn)150～200 m3電解液。到6月6日，大板1系電解液總共有1 820 m3，電解液成分：Cu2+45 g/L、H+166 g/L、Ni2+10 g/L、 Cl-0.087 g/L。

5月31日試開大板1系循環(huán)(有漏點(diǎn)停循環(huán)補(bǔ)焊)，6月2日槽下管道漏點(diǎn)全部處理完。

6月2日開LAROX過濾機(jī)，流量控制不低于150 m3/h，對(duì)電解液進(jìn)行過濾。同時(shí)利用板框?qū)⑾床垭娊庖哼^濾，在系統(tǒng)通電前將電解液過濾到位。

電解液配制過程中邊循環(huán)邊升溫，確保開車前槽溫升至63～65 ℃，流量控制在25～30 L/min、電解槽、接觸點(diǎn)清洗干凈。

2.2.2 添加劑的加入

大板1系從6月3日開始加入添加劑，6月3～5日為開車前添加劑加入量，考慮到大板1系的電解液主要是大板2系和30萬t項(xiàng)目提供的，電解液里面含有底膠，再加上大板2系開車前底膠不足的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)添加劑加入量進(jìn)行測(cè)算，具體加入量如表4。

表4 6月3～5日(開車前)大板1系添加劑加入量

大板1系6月6日通電后，車間組織人員每天8：30、16：30、23：30三個(gè)時(shí)間段去現(xiàn)場(chǎng)看銅板面析出狀況，并就陰極銅板面析出狀況進(jìn)行討論，制定相應(yīng)的措施，具體情況見表5。

表5 6月6～14日陰極銅板面析出狀況及添加劑調(diào)整情況

借助于大板2系開車經(jīng)驗(yàn)，大板1系開車時(shí)電解液來自大板2系和由30萬t項(xiàng)目提供，電解液中本身含有底膠，系統(tǒng)提前3天加膠和鹽酸，鹽酸的加入可以降低電解液中的懸浮物，剛開車時(shí)陰極銅板面析出狀況較好，后期發(fā)現(xiàn)板面有亮點(diǎn)，臨時(shí)補(bǔ)膠15 kg，將膠日加入量由25 kg提高到30 kg，陰極銅板面較好；6月10日后，陰極銅板面出現(xiàn)粗條紋，車間將硫脲日加入量由8 kg降低至4 kg，膠日加入量由30 kg降至28 kg，陰極銅板面條紋逐漸消失；6月13日出銅，陰極銅板面光滑、成分合格。在這個(gè)過程中系統(tǒng)總共加入了明膠332 kg、硫脲44 kg、鹽酸800 L。后期隨著生產(chǎn)組織及體積的變化，結(jié)合板面析出狀況適時(shí)地調(diào)整添加劑加入量。

3 取得的效果

經(jīng)過以上措施，電解一車間大板開停車期間系統(tǒng)較穩(wěn)定，陰極銅質(zhì)量較好，圖1為大板2系開車后第一批陰極銅，圖2為大板1系開車后第一批陰極銅。

圖2 大板1系開車后第一批銅

從2009年到2018年，電解一車間因檢修開停車的年份有2010年、2014年、2015年、2016年、2018年，開停車時(shí)A級(jí)銅產(chǎn)出率具體情況如表6。

表6 2009～2018年大板開停車期間A級(jí)銅產(chǎn)出率

從表6可知，2009年至2018年總共經(jīng)歷了5次開停車，前四次系統(tǒng)開停車時(shí)A級(jí)銅產(chǎn)出率都較低，2018年系統(tǒng)開停車時(shí)A級(jí)銅產(chǎn)出率99.36%，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)值99%。