銅電解精煉添加劑生產(chǎn)實(shí)踐與精細(xì)化管理探索

鄒 賢

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

金隆公司永久不銹鋼電解法系統(tǒng)設(shè)計(jì)20 萬噸產(chǎn)能，兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，自2008 年投產(chǎn)以來，已連續(xù)生產(chǎn)12 年，目前使用的添加劑有明膠、硫脲、阿維通、氯離子四種，電銅質(zhì)量、能耗等各項(xiàng)指標(biāo)良好。添加劑是銅電解精煉生產(chǎn)最重要的工藝控制要素，合適的添加劑配比及使用量可以確保電解生產(chǎn)系統(tǒng)長期保持穩(wěn)定，科學(xué)的添加劑管控措施是保障基礎(chǔ)。通過梳理總結(jié)添加劑生產(chǎn)實(shí)踐，借鑒其他電解廠的優(yōu)點(diǎn)，提出推行添加劑精細(xì)化管理。

2 銅電解的添加劑

銅電解精煉生產(chǎn)中使用的主要添加劑有膠、硫脲、阿維通、氯離子四種，國外還有使用高立克、旁德林、立格濃等作為銅電解添加劑［1］。添加劑是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高純陰極銅的必要條件，實(shí)踐表明：合適的添加劑用量及配比能夠有效抑制銅粒子的生長，消除電銅表面粗糙、結(jié)晶稀酥等問題，生產(chǎn)出表面平整、結(jié)構(gòu)致密和其他有害雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)高純陰極銅，保證電銅質(zhì)量。

（1）膠 現(xiàn)在使用的主要是工業(yè)明膠，是由氨基酸按一定比例進(jìn)行縮合的產(chǎn)物，由膠原水解生成。明膠的化學(xué)組成可以表示為H2NCHRCOOH，分子量為1. 75 萬～45 萬，分子量越大，作用越大［2］。明膠通過水溶液加入到電解系統(tǒng)，分解成小分子膠，膠膜吸附在陰極表面，使陰極電化學(xué)極化增大，促使陰極沉淀均勻及結(jié)晶致密。在實(shí)際生產(chǎn)中，明膠有時(shí)效性，有資料表明在60℃下酸性溶液，明膠7小時(shí)后會完全分解失效。

（2）硫脲 是一種白色晶體，易溶于水，分子式為(NH2)2CS［4］。主要起細(xì)化晶粒和對陰極產(chǎn)生去極化的作用，濃度越高，作用越大［3］。實(shí)際生產(chǎn)中，硫脲與銅離子形成絡(luò)合物，此時(shí)絡(luò)合物陽離子[Cu(N4H4CS)4]在陰極液層中形成膠膜，使Cu2+離子在陰極放電困難，促使陰極極化增加，進(jìn)而得到表面光潔的陰極銅。硫脲在純水中比較穩(wěn)定，正常生產(chǎn)條件下基本不分解，如果加入過量，會不斷富集提高濃度。

（3）氯離子 目前氯離子添加劑均以鹽酸形式加入，不用NaCl，避免Na+進(jìn)入系統(tǒng)。氯離子主要是對電解陰極過程有去極化作用，只作為復(fù)合添加劑組合之一。另外還使Ag+和難溶鹽類金屬離子產(chǎn)生氯化物鹽類沉淀進(jìn)到陽極泥中，減少貴金屬的損失［5］，并成為雜質(zhì)的開路。在復(fù)合添加劑中，氯離子會促使膠分解，需要注意復(fù)合添加劑的加料方式。

（4）阿維通 是一種烷基磺酸鈉，是陰離子型表面活性劑，淡黃褐色，無刺激氣味的糊（膏）狀物，密度為8.41g/L，易容于水。目前越來越多的電解廠使用阿維通作為復(fù)合添加劑之一，與膠配合使用，增加膠的作用強(qiáng)度，并可控制陰極銅晶粒尺寸和晶粒的均勻“堆積”。

3 添加劑使用方案

正常生產(chǎn)條件下，添加劑是由上述四種組成的復(fù)合添加劑［6］，明膠、硫脲、阿維通三種是按照一定配比及合適的噸銅消耗量進(jìn)行添加，氯離子是按照濃度控制標(biāo)準(zhǔn)添加，復(fù)合添加劑要求24 小時(shí)連續(xù)均勻加入電解系統(tǒng)。添加劑的使用配比及具體添加量，通常是從系統(tǒng)開車開始進(jìn)行確認(rèn)摸索，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定，確定合適的添加劑使用指標(biāo)后一般不再變更，除非生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)非正常波動或檢修時(shí)才會進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)整。

3.1 添加劑配比方案

每個(gè)電解生產(chǎn)系統(tǒng)都需要結(jié)合自身系統(tǒng)工藝控制要素制定具體的添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)。添加劑使用主要方案主要有兩種：低膠高硫脲+阿維通+鹽酸；高膠高硫脲+阿維通+鹽酸。其中低膠是指明膠加入量低于40g/t 銅，硫脲高于60 g/t 銅；高膠高硫脲一般指噸銅加入了均超過80 g/t 銅。

金隆電解目前的添加劑使用方案是經(jīng)過多年摸索，嘗試過多種添加劑方案，最終根據(jù)各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)選擇了低膠高硫脲+阿維通+鹽酸，并確定了添加劑配比，明膠∶硫脲∶阿維通設(shè)置比例為1∶2～3∶0.5～1；氯離子濃度控制30～60mg/L。

另根據(jù)交流，某電解廠A 設(shè)計(jì)產(chǎn)能40 萬t，2 個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，自2013 年投產(chǎn)開始，該廠經(jīng)過摸索，嘗試過低膠高硫脲+阿維通+鹽酸方案，但是系統(tǒng)波動頻繁，然后選擇了高膠高硫脲+阿維通+鹽酸的方案，經(jīng)過試用，添加劑控制比例為：0.8～1∶1∶0.2～0.5，生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定性最長時(shí)間超過3 年，并確定了該方案。經(jīng)討論分析，這兩種添加劑的使用主要選擇條件是系統(tǒng)循環(huán)體積，一般單個(gè)體積超過4000 m3，應(yīng)該選擇高膠高硫脲+阿維通+鹽酸的方案適合，單個(gè)循環(huán)系統(tǒng)體積低于則選擇低膠高硫脲+阿維通+鹽酸方案適合。

3.2 添加劑用量探討

根據(jù)資料查詢，目前雖然有一些添加劑檢測手段和設(shè)備，但在實(shí)際生產(chǎn)中，仍以電銅結(jié)晶質(zhì)量來判定添加劑的用量是否合適。添加劑的用量通常情況是從系統(tǒng)開車開始，首先確定配比和用量基準(zhǔn)，然后在系統(tǒng)生產(chǎn)過程中進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化。

添加劑用量確定步驟：第一步是選擇添加劑使用配比方案；第二步是持續(xù)跟蹤電銅結(jié)晶效果及各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，并在檢驗(yàn)過程不斷優(yōu)化，通常這個(gè)過程需要持續(xù)2～5 個(gè)陰極周期。常用判斷依據(jù)如表1。

4 添加劑生產(chǎn)問題探析

4.1 添加劑加料流程

添加劑生產(chǎn)操作流程主要分為五個(gè)環(huán)節(jié)：車間下達(dá)每日添加劑指令書→添加劑管理班班長接收確認(rèn)→操作人員到添加劑庫計(jì)量→運(yùn)送至溶解區(qū)操作→加入計(jì)量槽與前日續(xù)上，然后交給工藝控制班組負(fù)責(zé)添加24 小時(shí)均勻的連續(xù)加料。

4.2 添加劑問題探析

結(jié)合公司多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和同行業(yè)交流，梳理總結(jié)添加劑生產(chǎn)過程曾出現(xiàn)的問題。各類問題基本得到改進(jìn)優(yōu)化，但問題的發(fā)生均造成不同程度影響，主要分為三類：操作失誤、設(shè)備故障、管理缺陷。

（1）操作類。操作類問題主要表現(xiàn)為：一、添加劑稱重計(jì)量失誤，添加量不準(zhǔn)確；二、添加劑溶解操作水溫控制不準(zhǔn)或溶解不完全，水溫超過65℃以上，會導(dǎo)致明膠加速分解或失效；三、添加劑溶解結(jié)束后，流放到計(jì)量槽，體積控制不準(zhǔn)，導(dǎo)致槽罐溢滿，添加劑加入量損失；四、工藝控制班組流量調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確或不及時(shí)，導(dǎo)致添加不均勻。

（2）設(shè)備故障。設(shè)備和管道設(shè)施發(fā)生故障：一、計(jì)量槽攪拌機(jī)故障，計(jì)量槽添加劑發(fā)生凝固；二、添加劑管道斷裂、堵塞，導(dǎo)致添加劑加料不連續(xù)。

（3）管理方面。主要有：一、添加劑庫存管理不夠精確，與添加劑原料廠家對接不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致缺料風(fēng)險(xiǎn)；二、添加劑原料批次或廠家發(fā)生變化，未及時(shí)對新原料檢測和試用，原有的配比或用量未及時(shí)調(diào)整；三、添加劑加料生產(chǎn)操作流程管控不精細(xì)，造成添加劑生產(chǎn)系統(tǒng)故障等。

表1 添加劑效果

5 添加劑的精細(xì)化管理

添加劑是銅電解精煉生產(chǎn)工藝控制最重要因素，因此要不斷優(yōu)化改進(jìn)不足，創(chuàng)新采用新技術(shù)方案，從管理上不斷細(xì)化和提升添加劑管理水平，以便更加有效保障電解生產(chǎn)穩(wěn)定。

5.1 使用指標(biāo)管控

添加劑的配比及用量指標(biāo)應(yīng)該由車間統(tǒng)一管理，并組成技術(shù)小組，建議不能少于3 人以上，均要熟悉掌握添加劑配比和用量的技術(shù)方案，每次添加劑的調(diào)整需要技術(shù)組的討論確定，每日指令書按照車間管理流程審批并留檔備案，進(jìn)一步確保添加劑的嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性；技術(shù)組成員要堅(jiān)持每天查看電銅結(jié)晶，并與添加劑使用建立對應(yīng)臺賬，以便長期跟蹤添加劑使用效果，亦可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電銅質(zhì)量異常問題。

5.2 準(zhǔn)確性及過程管控

一是優(yōu)化添加劑計(jì)量復(fù)核和監(jiān)督，通過對添加劑從入庫、出庫、計(jì)量等各環(huán)節(jié)增加1 人復(fù)核和監(jiān)督職責(zé)，確保添加劑的準(zhǔn)確性；二是通過優(yōu)化改進(jìn)計(jì)量方式，例如添加劑增加體積計(jì)量法，在經(jīng)過電子秤或磅秤稱重后，然后倒入到桶或容器，對盛裝容器增加體積標(biāo)識，作為復(fù)核手段；三是增加計(jì)量過程設(shè)置視頻監(jiān)控等遠(yuǎn)程監(jiān)控手段；四是改進(jìn)優(yōu)化設(shè)備、管道材質(zhì)，對計(jì)量槽、管道增設(shè)透明可視檢查點(diǎn)，同時(shí)可以采用新技術(shù)——“銅電解添加劑的自動配料、加料系統(tǒng)”，該技術(shù)由金冠公司開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)水溫、加料等多個(gè)環(huán)節(jié)自動化控制。

5.3 原料管控

一是庫存管理應(yīng)建立日報(bào)制度：明膠、硫脲添加劑庫結(jié)合供貨廠家設(shè)定合理庫存線，但不應(yīng)低于1 個(gè)月，阿維通進(jìn)口原料庫存應(yīng)該在3 個(gè)月以上，并對每日庫存及庫存警戒線實(shí)行日報(bào)；二是加強(qiáng)原料變化管理要求，尤其是添加劑生產(chǎn)廠家要建立良好的溝通機(jī)制，對添加生產(chǎn)批次或廠家發(fā)生變化時(shí)，必須進(jìn)行新料檢測和試用；三是建議與周邊電解廠建立添加劑原料共享關(guān)系，必要時(shí)可以實(shí)現(xiàn)互借。

6 結(jié)語

銅電解精煉生產(chǎn)系統(tǒng)如何長期保持穩(wěn)定生產(chǎn)是大家一直追求的目標(biāo)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于原料市場的不確定，導(dǎo)致電解的陽極板、電解液成分等各類生產(chǎn)條件不斷變化，如何制定更好的添加劑使用方案配套各類生產(chǎn)條件的變化仍需要不斷的探索和總結(jié)，而添加劑的精細(xì)化管理則提供了良好基礎(chǔ)保障。