銅電解系統(tǒng)輸酸管路工藝優(yōu)化生產(chǎn)實(shí)踐

周 楠

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠,江西 貴溪 335424)

貴溪冶煉廠電解車(chē)間目前電銅年生產(chǎn)能力為102.6萬(wàn)噸,在生產(chǎn)使用當(dāng)中的電解槽體總共有3422個(gè)。其中車(chē)間一系列電解槽面正在使用的電解生產(chǎn)槽有1304個(gè),每天需要生產(chǎn)出裝槽的數(shù)量約120個(gè)。陰陽(yáng)極的出裝槽是有一定規(guī)律的,出銅作業(yè)分單極出裝作業(yè)和雙極出裝作業(yè),單極出裝作業(yè)較為簡(jiǎn)單,出雙極時(shí)的主要作業(yè)步驟有停液、放液、出銅、放泥、刷槽、清槽、吊裝陰陽(yáng)極銅和加酸裝液[1-2]。其中加酸裝液所涉及的槽面循環(huán)生產(chǎn)槽數(shù)量不斷變化,輔循環(huán)回路管道中的電解液不斷充滿(mǎn)、放空,使得循環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)體積不斷變化,流動(dòng)性也較大。電解液總體積控制的目的是為了調(diào)控電解液中Cu2+、H2SO4、As、添加劑濃度穩(wěn)定,給銅電解精煉過(guò)程中提供良好的電化學(xué)環(huán)境基礎(chǔ)[3-5]。加酸裝液所涉及的槽面輸酸管路系統(tǒng)的材質(zhì)為橡膠軟管,目前一系列的電解生產(chǎn)槽組配置輸酸管路的方式是每?jī)山M配置一根輸酸軟管,補(bǔ)酸裝液方式是通過(guò)操作工拖動(dòng)橡膠軟管給每個(gè)電解生產(chǎn)槽加酸裝液。此補(bǔ)酸方式不僅繁瑣,工作量大,嚴(yán)重影響銅電解出裝銅作業(yè)速度,而且容易引起酸液泄漏,對(duì)員工的安全與環(huán)境保護(hù)造成了一定的安全隱患。同時(shí),為了給電化學(xué)反應(yīng)提供良好的電解液環(huán)境基礎(chǔ)[6-7],必須保證給每一個(gè)處在出裝電解槽作業(yè)當(dāng)中的電解生產(chǎn)槽均勻穩(wěn)定地加酸裝液。

1 改造之前的輸酸管路現(xiàn)況分析

1.1 改造之前的輸酸管路結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)改造之前所使用的輸酸管路采用的是增強(qiáng)聚丙烯球閥作為單組控制閥門(mén),外接一根橡膠軟管作為主要的手動(dòng)操作輸酸管路,通過(guò)焊接和鐵絲捆扎的方式連接在一起。輸酸軟管結(jié)構(gòu)示意圖與輸酸管路平面布局示意圖如下圖1與圖2所示。

圖1 改造之前的輸酸軟管結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 改造之前的輸酸管路平面布局示意圖

1.2 存在的問(wèn)題分析

1.2.1 環(huán)保方面

電解槽面加酸裝液作業(yè)的時(shí)候,移動(dòng)橡膠軟管易造成酸液跑冒滴漏的情況發(fā)生,不僅會(huì)對(duì)電解槽體下部位置的設(shè)備設(shè)施造成污染與腐蝕,而且電解液在循環(huán)系統(tǒng)中是一種導(dǎo)電體,其電位在陰陽(yáng)電位之間[8-9],酸液的泄漏流動(dòng)至集液槽與地面構(gòu)成了電路,從而產(chǎn)生漏電[10],酸液的泄露會(huì)造成電能的損失[11]。同時(shí)酸液透過(guò)腐蝕開(kāi)裂處滲透到地下,在持續(xù)壓差作用下慢慢向廠房外擴(kuò)散,導(dǎo)致車(chē)間廠房廢水排口檢測(cè)屢屢超標(biāo),給車(chē)間和工廠的環(huán)保治理帶來(lái)巨大的壓力,也造成了周邊環(huán)境的污染。

1.2.2 安全方面

貴冶電解車(chē)間曾發(fā)生過(guò)幾次加酸橡膠軟管爆裂噴酸的事件,這極大的威脅到生產(chǎn)操作人員的身體健康和生命安全,是車(chē)間目前意識(shí)到但是仍未根治的重大安全隱患,急需徹底清除。

1.2.3 操作方面

電解槽面槽組總長(zhǎng)度較長(zhǎng),橡膠軟管隨之亦長(zhǎng),目前采用的拖動(dòng)橡膠軟管逐槽加酸裝液的方式給液,工作量大,操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度大,所需給液的時(shí)間也較長(zhǎng)。每加滿(mǎn)一生產(chǎn)槽的電解液需要30分鐘,一組電解生產(chǎn)槽有16個(gè)槽體,則一共需要8個(gè)小時(shí)的加酸裝液作業(yè),嚴(yán)重影響電解生產(chǎn)作業(yè)速度。

1.2.4 維護(hù)方面

現(xiàn)場(chǎng)的橡膠軟管長(zhǎng)度較長(zhǎng),擺置不便,膠管表面常有異常外傷,容易硬化、軟化、變色等,中間腐蝕破損點(diǎn)較多,短接口松動(dòng)漏點(diǎn)較多。根據(jù)日常生產(chǎn)對(duì)加酸軟管使用的頻率以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況的考察,目前需要平均每?jī)蓚€(gè)月更換一次槽面的橡膠軟管,勞動(dòng)強(qiáng)度較大,消耗的成本費(fèi)用也較多,不利于工廠降本增效的原則。

2 輸酸管路系統(tǒng)優(yōu)化改造設(shè)計(jì)與工程實(shí)施

2.1 設(shè)計(jì)方案

每個(gè)電解槽體配備固定輸酸管路和控制閥門(mén),形成輸酸管網(wǎng)。拆除原有橡膠軟管,改為在每?jī)山M電解槽體中間增加一根輸酸主管路,從輸酸主管路左右兩邊各接分支支管伸入電解槽內(nèi)用于加酸裝液,在主管路上安裝總控制閥門(mén),在各個(gè)支管安裝增強(qiáng)聚丙烯球閥作為單槽控制閥門(mén)。每日進(jìn)度需根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃提前完成作業(yè)槽組所需的輸酸管路安置,所有輸酸管路制安完成后必須試漏。

2.2 管道布局

以充分利用車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備,減少材料消耗為原則,對(duì)廠房現(xiàn)有的設(shè)備布局進(jìn)行深度考量,該車(chē)間一系列傳統(tǒng)電解廠房針對(duì)老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)、新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)、5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)、東擴(kuò)南北電解系統(tǒng)四個(gè)小系統(tǒng)的原有管道與槽體的分布格局進(jìn)行不同的統(tǒng)籌規(guī)劃。

2.2.1 管道布局方案一

老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)的電解槽整體布局是每?jī)山M電解槽串聯(lián)一臺(tái)電、氣動(dòng)短路器,東擴(kuò)南北電解系統(tǒng)的電解槽也是每?jī)山M電解槽串聯(lián)一臺(tái)懸掛式短路器,因此老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與東擴(kuò)南北電解系統(tǒng)的電解槽組之間都有充分的空間可安置優(yōu)化后的輸酸管路。老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與東擴(kuò)南北電解系統(tǒng)的槽面輸酸管路平面示意圖和截剖圖如下圖3與圖4所示。

圖3 老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與東擴(kuò)南北系統(tǒng)輸酸管路平面示意圖

圖4 老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與東擴(kuò)南北系統(tǒng)輸酸管路截剖示意圖

2.2.2 管道布局方案二

新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)槽體布局是一樣的,每單組電解槽并聯(lián)一臺(tái)電、氣動(dòng)短路器,每?jī)山M電解槽體中間布有銅母線(xiàn)排與母線(xiàn)蓋板,占據(jù)了槽組中間的大部分面積,導(dǎo)致輸酸管路無(wú)法裝置,需要重新布局。根據(jù)車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的觀察,電解槽組給酸管路的邊側(cè)具有適當(dāng)?shù)目臻g可安裝輸酸管路,完美解決了此項(xiàng)問(wèn)題。新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)和5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)的輸酸管路平面示意圖與截剖示意圖如下圖5與圖6所示。

圖5 新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)輸酸管路平面示意圖

圖6 新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)輸酸管路截剖示意圖

2.3 改造工程與實(shí)施步驟

老7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與東擴(kuò)南北電解系統(tǒng)輸酸管路按照每?jī)山M一根主管道制安,新7.5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)與5萬(wàn)噸年產(chǎn)能系統(tǒng)輸酸管路按照每一組一根主管道制安,根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃提前天數(shù)完成作業(yè)槽組所需輸酸管路,所有管道制安完成后必須試漏。主要的使用材料統(tǒng)計(jì)如下表1所示,主要的項(xiàng)目改造概算如下表2所示。

表1 主要的使用材料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表2 主要項(xiàng)目改造概算總表

工程主要實(shí)施步驟如下:

(1)安裝新增加酸管鋼襯PE管道支架860件,鋼襯PE管道固定支架間隔必須適當(dāng)均勻,其作用不僅僅是使管線(xiàn)固定,還要求能承受管線(xiàn)因線(xiàn)性膨脹而產(chǎn)生的膨脹力[12]。

(2)安裝新增DN100聚丙烯輸酸管路主管道2250米,主管DN65不銹鋼閥門(mén)83件,按照指定位置鋪設(shè),法蘭連接處螺桿緊固到位,彎頭、直接連接處焊接牢固。

(3)輸酸管路主管左右兩邊各接DN50聚丙烯支管供電解生產(chǎn)槽體內(nèi)加酸裝液,支管累計(jì)2400米,并安裝DN50聚丙烯球閥控制各生產(chǎn)槽加酸裝液,球閥累計(jì)2476件。

(4)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量尺寸,制作安裝DN50PVC-U硬管伸入電解生產(chǎn)槽內(nèi)加酸裝液,DN50PVC-U管累計(jì)2900米。

(5)所有輸酸管道閥門(mén)安裝結(jié)束后試漏。

3 輸酸管路系統(tǒng)優(yōu)化改造之后效果檢驗(yàn)

(1)輸酸管路系統(tǒng)改造優(yōu)化之后,只需要開(kāi)、關(guān)閥門(mén),即可實(shí)現(xiàn)電解槽單槽加酸給液與多槽加酸給液同時(shí)進(jìn)行,并且保證了每個(gè)電解槽均勻裝液,大大降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,也使得電解循環(huán)系統(tǒng)體積合格率達(dá)到99.5%以上。圖7與圖8分別是車(chē)間一系列在輸酸管路改造優(yōu)化前后一個(gè)月的電解液銅酸濃度單日波動(dòng)值的對(duì)比數(shù)據(jù)記錄曲線(xiàn)。由圖7和圖8可以看出,進(jìn)一步穩(wěn)定電解液循環(huán)系統(tǒng)總體積,電解液成分也隨之更穩(wěn)定。

圖7 一系列輸酸管路改造優(yōu)化前后一個(gè)月電解液銅濃度單日波動(dòng)值(g/L)數(shù)據(jù)記錄曲線(xiàn)

圖8 一系列輸酸管路改造優(yōu)化前后一個(gè)月電解液酸濃度單日波動(dòng)值(g/L)數(shù)據(jù)記錄曲線(xiàn)

(2)銅電解生產(chǎn)槽面通電總時(shí)間占整個(gè)電解周期總時(shí)間的百分比就是銅電解生產(chǎn)的作業(yè)率。在通電電流和生產(chǎn)槽數(shù)不變的條件下,提高電解槽作業(yè)率可以增加陰極銅的產(chǎn)量。之前每加滿(mǎn)一槽電解液需要30分鐘,輸酸管路系統(tǒng)改造優(yōu)化之后平均每個(gè)電解槽加酸裝液的時(shí)間相比改造之前節(jié)約了6分鐘左右,一組電解槽以16個(gè)槽子計(jì)算輸酸管路系統(tǒng)改造優(yōu)化之后,一組電解槽的加酸裝液時(shí)間可節(jié)約96分鐘。圖9是該車(chē)間生產(chǎn)一系列在輸酸管路系統(tǒng)改造優(yōu)化前后一年內(nèi)每月作業(yè)率對(duì)比數(shù)據(jù)記錄曲線(xiàn)。由圖9數(shù)據(jù)分析可得,車(chē)間生產(chǎn)一系列輸酸管路系統(tǒng)改造優(yōu)化后一年的平均作業(yè)率相比較改造前一年的平均作業(yè)率上升了0.26個(gè)百分點(diǎn)。

圖9 生產(chǎn)一系列輸酸管路改造優(yōu)化前后一年內(nèi)每月作業(yè)率(%)數(shù)據(jù)記錄曲線(xiàn)

(3)通過(guò)觀察近期的生產(chǎn)運(yùn)行,改造后的加酸裝液方式大大縮短了給液時(shí)間,降低了操作工勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率,同時(shí)又消除了安全隱患,保證酸液不外泄,廢水外排不達(dá)標(biāo)次數(shù)大幅減少,加酸裝液安全得到保證,改造優(yōu)化之后每年噴液傷人的安全問(wèn)題次數(shù)降為零。

4 結(jié)論

陰極銅的生產(chǎn)是電解精煉生產(chǎn)工藝,具有強(qiáng)腐蝕性液相和氣相介質(zhì),對(duì)于安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)方面有著非常嚴(yán)格的要求。貴冶電解車(chē)間的輸酸管路系統(tǒng)優(yōu)化改造工程完成后,經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證,此項(xiàng)系統(tǒng)改造既可以保證循環(huán)系統(tǒng)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定,提高了生產(chǎn)作業(yè)率,安全生產(chǎn)順行,又能保證緩解工廠環(huán)保治理的壓力,而且效果顯著,為今后的銅電解生產(chǎn)、管理以及電銅質(zhì)量的提高做出了扎實(shí)的保障。