平行流銅電解精煉工藝與生產(chǎn)實(shí)踐研究

李巖

摘 要 平行流技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的新型銅電解精煉工藝技術(shù)提高產(chǎn)能和效率方面發(fā)揮著重要的作用。同時(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。本文對(duì)平行流銅電解精煉工藝與生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞 平行流;電解銅;實(shí)踐應(yīng)用

引言

平行流技術(shù)是一項(xiàng)全新的電解精煉工藝，通過輔助噴射裝置，使得電解液能夠按照預(yù)定的速度和軌道進(jìn)行流動(dòng)，從而控制反應(yīng)的速率，從而最大限度地避免濃度差和陽極鈍化問題。電解銅是指粗銅通過專門的方法，通電后獲得純銅的過程。電解銅和人類有著非常密切的關(guān)系，在我國(guó)有色金屬材料消費(fèi)中僅次于鋁。被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電氣、化工、建筑工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。現(xiàn)有常規(guī)的電解工藝主要是始極片電解和永久不銹鋼陰極電解兩種方式，是典型的高能耗行業(yè)。

1 平行流技術(shù)理論基礎(chǔ)

平行流技術(shù)是一項(xiàng)全新的電解精煉工藝，通過輔助噴射裝置，使得電解液能夠按照預(yù)定的速度和軌道進(jìn)行流動(dòng)，從而控制反應(yīng)的速率，從而最大限度地避免濃度差和陽極鈍化問題。在銅電解過程中，根據(jù)法拉第定律計(jì)算陰極板表面上沉積的銅的質(zhì)量，m銅=i·A·t·M銅/z·F，式子中：i為電流密度，A為極板表面積，t為時(shí)間，M銅為銅離子的摩爾質(zhì)量，z為銅離子的電荷數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。電解液以0.5m/s-2.5m/s 的高速度在靠近陰極板側(cè)下部強(qiáng)制平行噴射進(jìn)入陰陽極板間，給電解液提供動(dòng)能，電解液在陰極表面向上運(yùn)動(dòng)，在陽極表面向下運(yùn)動(dòng)，電解液在陰極和陽極之間形成了“內(nèi)循環(huán)”，在消除濃差極化同時(shí)帶動(dòng)陽極板表層陽極泥快速沉降，打破了陽極鈍化相膜，消除陽極鈍化，從而達(dá)到高電流密度生產(chǎn)。高電流轉(zhuǎn)化的熱能足以使電解液熱平衡，加熱蒸汽所耗能降低約85%，產(chǎn)生了顯著的節(jié)能效果[1]。

2 平行流技術(shù)流程

選擇循環(huán)槽經(jīng)變頻泵直接給電解槽供液，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解循環(huán)系統(tǒng)中的高位槽。電解槽供液可以采用側(cè)面給液方式或者兩側(cè)給液方式，通過進(jìn)液裝置的噴嘴流出，槽面兩端溢流出的電解液匯總后返回循環(huán)槽。同時(shí)在出裝槽作業(yè)時(shí)，利用變頻泵與循環(huán)電解液的壓力連鎖，調(diào)節(jié)電解槽的給液量，實(shí)現(xiàn)電解槽給液的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過平行流裝置對(duì)陰極板的準(zhǔn)確定位，加上電解裝槽過程中全自動(dòng)電解裝用吊車和電解槽間的準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)帶有陰極定位器的平行流裝置自動(dòng)生產(chǎn)[2]。

3 底部交錯(cuò)平行流技術(shù)

在距離液面一定位置處，將電解槽端頭的進(jìn)液總管分成兩根各方面完全相同的支管，通過嵌入槽體內(nèi)的套筒將支管固定在電解槽的側(cè)壁上。同時(shí)，在兩根支管上依次交替布置分液口，分液口沿電解液的流動(dòng)方向安置。在電解過程中，新鮮的電解液由總管流出分配給兩根支管，然后再經(jīng)過支管上的各個(gè)分液口流入到極板中間，以達(dá)到均勻布液。通過電解液能夠按照一定速度在陰極板表面流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)補(bǔ)充新鮮銅離子。這種進(jìn)液方式能夠在高電流密度電解時(shí)減小陰極附近的濃差極化，從而確保了電解生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4 平行流技術(shù)應(yīng)用案例

案例是某50萬t電解陰極銅工程項(xiàng)目。通過在永久不銹鋼陰極工藝的基礎(chǔ)上安裝電解槽平行流裝置，并配套高電解液循環(huán)裝置進(jìn)行生產(chǎn)。該項(xiàng)目主要在原有的1440 個(gè)電解槽上安裝平行流裝置，由循環(huán)槽經(jīng)變頻泵直接給電解槽供液，取消了傳統(tǒng)電解循環(huán)系統(tǒng)中的高位槽。主要增加的設(shè)備為4套電解液循環(huán)裝置和1440套平行流裝置PFD。本次改造投資額約11200 萬元，建設(shè)為期兩年。碳減排量75240t，環(huán)境效益顯著。每年將節(jié)能28500tce，年節(jié)能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3600萬元，投資回收期僅不到4 年。這是平行流技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中的成功案例，類似的成功案例還有很多。

5 技術(shù)應(yīng)用情況

平行流電解銅技術(shù)已經(jīng)通過專利申請(qǐng)，包括“兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和八項(xiàng)實(shí)用性新型專利”。并通過了多個(gè)相關(guān)權(quán)威組織的認(rèn)可，例如2015年8月通過中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科技成果評(píng)價(jià)，于2016年獲得中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。眾多權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可，為這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步推廣奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)雜志《國(guó)家技術(shù)生產(chǎn)指導(dǎo)》在2017年底統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來看，平行流電解銅技術(shù)的使用企業(yè)已經(jīng)從最初的11家上升為114家，得到了快速的普及和應(yīng)用。

6 應(yīng)用中存在問題

陰極銅作為電解反應(yīng)的關(guān)鍵，根據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，不能出現(xiàn)大面積鈍化現(xiàn)象，還應(yīng)該保證表面平整光滑、周邊整齊、結(jié)晶致密。而在實(shí)際應(yīng)用中，通過觀察發(fā)現(xiàn)部分陰極銅存在著細(xì)小顆粒和沉淀，使得陰極銅無法滿足國(guó)家的相關(guān)制定標(biāo)準(zhǔn)，不但影響反應(yīng)的進(jìn)行和反應(yīng)的準(zhǔn)確的，長(zhǎng)期使用，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)的弱化，這也是技術(shù)應(yīng)用需要注意和反思的地方。

7 結(jié)束語

平行流技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的新型銅電解精煉工藝技術(shù)提高產(chǎn)能和效率方面發(fā)揮著重要的作用。同時(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如陰極銅結(jié)晶粗糙、電解液人設(shè)參數(shù)不當(dāng)?shù)葐栴}。這些問題的產(chǎn)生一來是因?yàn)槠叫辛骼碚撋写嬖谌毕?，二來是生產(chǎn)加工過程中操作不當(dāng)造成的?，F(xiàn)有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐效果為將來的技術(shù)優(yōu)化提供了重要的資料。今后理論基礎(chǔ)和生產(chǎn)實(shí)踐將更加密切及時(shí)的結(jié)合，為電解銅高產(chǎn)能、高效率、低能耗電解奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宣善倫.高電流密度下生產(chǎn)陰極銅的實(shí)踐[J].中國(guó)有色冶金，2016， 36（06）：27-29.

[2] 周松林.銅電解精煉新工藝與生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬（冶煉部分），20l6，（02）：1-4.