清潔高效銅電解新技術(shù)及其攻關(guān),冶金工程論文

清潔高效銅電解新技術(shù)及其攻關(guān),冶金工程論文摘要：敘述了祥光清潔高效銅電解新技術(shù)的應(yīng)用狀況。就該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)、車間配置、工藝技術(shù)攻關(guān)及指標(biāo)比擬等情況進(jìn)行了具體的闡述,與常規(guī)銅電解技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相比,該技術(shù)在清潔高效方面具體表現(xiàn)出出了明顯的優(yōu)勢(shì)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：清潔高效;銅電解;高電流密度;參數(shù);指標(biāo);Abstract：ApplicationstatusofXiangguangcleanandhighefficientcopperelectrolysistechnologywasdescribed.Theoreticalbasis,processdesignparameters,workshopconfiguration,processtechnologyresearchandindexcomparisonweredescribedindetail.Comparedwithconventionalcopperelectrolysistechnology,thistechnologyshowsobviousadvantagesincleaningefficiency.Keyword：cleanandefficient;copperelectrolysis;highcurrentdensity;parameter;index;銅電解經(jīng)過(guò)生產(chǎn)中，電流密度決定銅電解槽的生產(chǎn)能力。當(dāng)前國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)的電解生產(chǎn)中，永久不銹鋼銅電解工藝可使電流密度到達(dá)280～320A/m2，也是國(guó)內(nèi)大型銅冶煉企業(yè)普遍采用的常規(guī)電解工藝。但要進(jìn)一步提高銅電解槽的生產(chǎn)能力，則需提高更高層次的電流效率和電流密度。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司〔下面簡(jiǎn)稱祥光銅業(yè)〕電解二期采用清潔高效的銅電解新技術(shù)，生產(chǎn)至今運(yùn)行一直比擬穩(wěn)定。與常規(guī)電解相比，在同樣720個(gè)電解槽的情況下，該工藝電流密度能夠到達(dá)385～420A/m2，陰極銅產(chǎn)能可提高50%。1、清潔高效銅電解新技術(shù)金屬電解經(jīng)過(guò)中，金屬析出的量遵循法拉第定律，在已有設(shè)備參數(shù)條件下〔即一定的電積面積條件下〕，要想提高電析出的銅量，只要提高電流密度[1]。當(dāng)其他條件一定時(shí)，降低擴(kuò)散層厚度是提高電流密度的唯一途徑，而減小擴(kuò)散層厚度最有效的方式方法就是提高電解槽內(nèi)電解液的流動(dòng)速度。祥光銅業(yè)在追求高產(chǎn)能、高品質(zhì)的基礎(chǔ)上，愈加注重清潔、高效、環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)新技術(shù)。祥光銅業(yè)研發(fā)出了一種清潔高效的銅電解新技術(shù)平行流電解技術(shù)[2]，它可實(shí)現(xiàn)420A/m2高電流密度下的銅電解生產(chǎn)，大幅提高產(chǎn)量與效率、降低產(chǎn)品的能耗。該技術(shù)電解液的循環(huán)通過(guò)一種特殊的供液裝置平行流裝置〔PFD〕來(lái)實(shí)現(xiàn)。整套PFD由進(jìn)液裝置、分流裝置、定距裝置三部分組成，進(jìn)液裝置的箱體呈扁平狀，箱體上部的掛耳可將PFD固定在電解槽側(cè)壁上；分流裝置上分布有一定數(shù)量的噴嘴，能夠很好地起到穩(wěn)壓分流的作用；出液噴嘴的位置和尺寸進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，能夠保證新電解液均勻穩(wěn)定在極板的兩側(cè)平行、自然向上流動(dòng)。在陰極銅析出的地方，新電解液直接作用于陰極板面，骨膠、硫脲、鹽酸等添加劑也直接隨電解液導(dǎo)入陰極。電解液的平行流動(dòng)不僅能夠減少旁通流量，也使得電解槽內(nèi)電解液的成分和溫度分布愈加均勻。同時(shí)，利用變頻式循環(huán)泵直接給電解槽供液，可實(shí)現(xiàn)電解液的快速流動(dòng)。電解液的流動(dòng)速度加快，可有效地減小擴(kuò)散層的厚度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流密度的大幅提升和產(chǎn)能的提高。然而，電解液的高速流動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極附近陽(yáng)極泥的沉降出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致陰極上出現(xiàn)結(jié)瘤、樹(shù)枝狀結(jié)晶等。因而，電解液入口位置的選取和陰陽(yáng)極板的定位選擇特別關(guān)鍵。平行流裝置上特殊設(shè)計(jì)的三角模塊和出液噴嘴對(duì)極板的排距起到很好的定位作用。出液噴嘴位于三角模塊下部，陰極固定在每?jī)蓚€(gè)噴嘴之間，以保證陰極板和出液噴嘴之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確。出液噴嘴的獨(dú)特設(shè)計(jì)與陰陽(yáng)極板的精準(zhǔn)定位，使得采用平行流電解給液很好地解決了陽(yáng)極泥沉降的問(wèn)題，而且還能夠保證陰極銅的產(chǎn)品質(zhì)量。2、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與配置2.1、工藝參數(shù)祥光電解二期采用清潔高效的電解新技術(shù)組織生產(chǎn)，該系統(tǒng)詳細(xì)的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。2.2、車間配置電解二期有兩個(gè)系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)的配置、部署完全對(duì)稱，機(jī)組位于兩個(gè)系統(tǒng)之間。電解槽總數(shù)量720個(gè)，每4組為一個(gè)系列，共分八個(gè)系列32組。每個(gè)系統(tǒng)各四個(gè)系列16組，每組22槽或23槽，每?jī)山M由1臺(tái)短路開(kāi)關(guān)控制。車間配置兩套剝片機(jī)組，一套陽(yáng)極加工機(jī)組，一套殘極加工機(jī)組，兩臺(tái)電解行車。華而不實(shí)，每套剝片機(jī)組配備5個(gè)機(jī)械臂替代了傳統(tǒng)的鏈條運(yùn)輸。另外，針對(duì)電解液的脫銅脫雜，凈液系統(tǒng)還配套設(shè)計(jì)了一次脫銅和二次脫銅工序；一次脫銅工序10個(gè)電解槽，二次脫銅工序90個(gè)電解槽。利用凈液系統(tǒng)來(lái)保持電解液中銅、酸與雜質(zhì)濃度的平衡，確保了電解主系統(tǒng)的穩(wěn)定與生產(chǎn)工藝的順利運(yùn)行。表1電解系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)3、電解新技術(shù)攻關(guān)由于電解二期引進(jìn)新的銅電解技術(shù)，投產(chǎn)初期，從工藝管控、現(xiàn)場(chǎng)操作到設(shè)備運(yùn)行都存在一定問(wèn)題，后續(xù)生產(chǎn)技術(shù)人員進(jìn)行不斷探索與技術(shù)攻關(guān)，新工藝生產(chǎn)運(yùn)行逐步順利，產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。3.1、裝槽技術(shù)攻關(guān)平行流電解新技術(shù)下，電解槽內(nèi)的供液裝置PFD裝置替代了常規(guī)電解的進(jìn)液底管，出裝槽作業(yè)時(shí)不能再沿用常規(guī)電解原有的裝槽操作，需對(duì)電解裝槽作業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。生產(chǎn)初期，工藝人員經(jīng)過(guò)不斷探索與實(shí)踐，總結(jié)出了一種新的銅電解裝槽作業(yè)技術(shù)。裝槽作業(yè)時(shí)，首先對(duì)PFD的狀況進(jìn)行檢查，主要是查看噴嘴、三角模塊與箱體的完好情況。然后對(duì)絕緣板、PFD裝置與電解槽的相對(duì)位置進(jìn)行校正與調(diào)整。最后是陽(yáng)極板與陰極板的裝槽定位，先利用PFD的定距裝置輔助進(jìn)行定位，再人工進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。上述作業(yè)可確保裝槽后每塊陰極和陽(yáng)極兩側(cè)都有一個(gè)噴嘴與之對(duì)應(yīng)，進(jìn)而保證陰陽(yáng)極之間的電解液能夠快速循環(huán)更新。3.2、電流密度攻關(guān)前文已經(jīng)提到，電流密度的提高主要通過(guò)降低擴(kuò)散層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而降低擴(kuò)散層厚度的有效措施則是提高陰陽(yáng)極板之間電解液的流量。為此，針對(duì)電解液流量、電解液成分等關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。1〕探索最佳的電解液流量與給液方式。分別對(duì)不同區(qū)間的單槽流量進(jìn)行了試驗(yàn)探索，最終確定了電解槽的電解液流量在75～100L/〔mincell〕。同時(shí)，去掉高位槽，配備了變頻式循環(huán)泵。生產(chǎn)經(jīng)過(guò)中，變頻泵和電解槽給液之間設(shè)定了壓力聯(lián)鎖，使電解液流量得到精準(zhǔn)控制。平行流下部側(cè)面出液、上部?jī)啥嘶匾旱姆绞娇墒闺娊獠蹆?nèi)電解液迅速更新。上述調(diào)整與改變，既能夠知足高電密銅電解經(jīng)過(guò)對(duì)電解液流量的需求，又能夠使陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。2〕設(shè)計(jì)了新型液位調(diào)節(jié)器。隨著電解液循環(huán)量的加大，電解槽兩端電解液溢流時(shí)會(huì)出現(xiàn)回液不暢、向外噴濺的問(wèn)題，對(duì)周圍的備件造成腐蝕，也給現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保帶來(lái)問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型液位調(diào)節(jié)器。該液位器分A、B兩部分，兩者配套使用，即可解決電解液回液不暢、向四周噴濺的問(wèn)題，還可對(duì)電解槽液位進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，避免陰極銅液位線處容易出現(xiàn)的上口粒子問(wèn)題。3〕工藝控制探索。a．電解液成分的控制。隨著電流密度升高，電解液中銅、酸濃度也需要實(shí)時(shí)調(diào)整。實(shí)際生產(chǎn)中，采取了高銅、低酸的工藝技術(shù)控制，含銅48～56g/L、含酸160～185g/L，氯離子40～60mg/L。另外，盡可能將電解液中的雜質(zhì)含量穩(wěn)定在低限，電解液密度控制在1.23g/cm3左右。b．添加劑的參加。及時(shí)關(guān)注陰極銅的析出情況，根據(jù)銅質(zhì)量情況對(duì)骨膠、硫脲等添加劑進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。另外，配有一套專門設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，添加劑可進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)、自動(dòng)添加。同時(shí)，通過(guò)隔板將循環(huán)槽內(nèi)部空間隔為12部分。每部分上下聯(lián)通，有利于電解液的流動(dòng)，進(jìn)一步確保骨膠、硫脲的穩(wěn)定添加。3.3、電流效率攻關(guān)為保證高電流密度銅電解時(shí)的陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量與電流效率，從下面幾方面著手進(jìn)行改良與提高。1〕提高陽(yáng)極板的質(zhì)量。從源頭抓起，提高了氧化復(fù)原終點(diǎn)判定的準(zhǔn)確性；及時(shí)關(guān)注風(fēng)管壓力和流量的調(diào)控；加強(qiáng)了對(duì)銅模、溜槽、電子秤等設(shè)備的維護(hù)；嚴(yán)格控制澆鑄前的銅液溫度和澆鑄速度。上述措施有效解決了陽(yáng)極板薄厚不均、超重超輕、毛刺、背筋、蜂窩、上部裂紋等問(wèn)題，為電解工序提供保障。2〕提高出裝槽操作精度。加大操作人員的工藝培訓(xùn)力度，確保每位員工都把握電解裝槽技術(shù)。天天作業(yè)時(shí)給員工劃分詳細(xì)任務(wù)，每一槽責(zé)任到人，進(jìn)而約束作業(yè)人員的工藝操作，提高員工的責(zé)任心。同時(shí)，加大檢查力度，制定車間、工段、班組三級(jí)檢查方案，每一級(jí)都有專人負(fù)責(zé)進(jìn)行檢查。以上措施，確保了裝槽操作精度，進(jìn)而穩(wěn)定陰極銅的質(zhì)量，提高陰極銅電流效率。3〕嚴(yán)控電解液的澄清度。出槽時(shí)，電解槽下部漿液進(jìn)行兩次壓濾過(guò)濾，然后再通過(guò)凈化過(guò)濾機(jī)進(jìn)行處理。凈化過(guò)濾機(jī)獨(dú)特的過(guò)濾系統(tǒng)和處理能力能夠有效保證溶液的澄清度，符合高電流密度電解條件。4〕加強(qiáng)日常工藝管控。嚴(yán)控電解工藝參數(shù)；及時(shí)排除板面粒子；加強(qiáng)對(duì)槽電壓的檢測(cè)；及時(shí)清洗極間觸點(diǎn)；定期檢查電解槽、絕緣板的絕緣性能；導(dǎo)電不良、板面彎曲、變形的陰極板及時(shí)維修更換；及時(shí)調(diào)整凈液系統(tǒng)的脫銅與脫雜，穩(wěn)定銅、酸及砷銻鉍等雜質(zhì)成分。上述各項(xiàng)措施的施行，穩(wěn)定了電解生產(chǎn)的順利進(jìn)行，確保了陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量及各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)成。3.4、環(huán)保技術(shù)攻關(guān)祥光銅業(yè)在研發(fā)新的電解技術(shù)時(shí)，就考慮到高效節(jié)能與清潔生產(chǎn)問(wèn)題。圍繞著該問(wèn)題，主要從下面幾方面進(jìn)行了攻關(guān)。1〕酸霧凈化處理。循環(huán)槽、上清液槽、濃密機(jī)、陽(yáng)極泥儲(chǔ)槽等各電解液儲(chǔ)槽產(chǎn)生的酸霧采用密閉抽風(fēng)凈化處理、利用堿液對(duì)酸霧進(jìn)行噴淋的措施，噴淋堿液的pH進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)檢測(cè)，堿液的自動(dòng)添加與pH檢測(cè)設(shè)定聯(lián)鎖。酸霧處理后達(dá)標(biāo)排放，處理后的酸霧排放檢測(cè)值遠(yuǎn)低于環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)值〔20mg/m3〕。上述措施的施行，有效地改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，避免了車間周圍區(qū)域環(huán)境的污染。2〕廢水無(wú)外排處理。相對(duì)來(lái)講，電解液系統(tǒng)為一個(gè)閉路系統(tǒng)。為使電解液成分均勻、穩(wěn)定，則需保持電解液系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。因而，酸霧凈化產(chǎn)生的廢水、暖通冷凝水等生產(chǎn)廢水需要進(jìn)行開(kāi)路處理。經(jīng)過(guò)最近幾年生產(chǎn)的不斷優(yōu)化，電解產(chǎn)生的所有廢水可全部在系統(tǒng)內(nèi)消化，不再進(jìn)行開(kāi)路處理，做到了電解廢水零排放和廢水的回收利用。4、工藝指標(biāo)比擬表2匯總了祥光銅業(yè)電解系統(tǒng)最近的主要工藝指標(biāo)情況，同時(shí)也跟當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型冶煉廠通常采用的電解工藝情況做了比擬。由表2可知，由于電解槽電壓偏高，祥光銅業(yè)電解新技術(shù)下陰極銅的溝通電耗比常規(guī)電解的電耗高，但其蒸汽消耗幾乎為零，所以電解綜合能耗還是下降了30%以上，十分是在產(chǎn)能、效率等方面的優(yōu)勢(shì)很明顯。在同等建設(shè)規(guī)模的基礎(chǔ)上，平行流電解新技術(shù)較常規(guī)工藝產(chǎn)能提高50%以上，電流效率穩(wěn)定在99.5%以上，實(shí)現(xiàn)電流密度和電解產(chǎn)能的大幅提高[3]。另外，由于出槽周期明顯縮短，產(chǎn)品周轉(zhuǎn)快，大幅提高了資金周轉(zhuǎn)率。表2主要工藝指標(biāo)比照5、結(jié)論祥光銅業(yè)電解二期采用先進(jìn)、清潔、高效、強(qiáng)化的銅電解新技術(shù)平行流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其工藝與設(shè)備在世界同行業(yè)內(nèi)均處于領(lǐng)先水平。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)不斷探尋求索與攻關(guān)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均到達(dá)或優(yōu)于設(shè)計(jì)水平，充分具體表現(xiàn)出了該技術(shù)的清潔與高效，標(biāo)志著中國(guó)和世界的銅電解精煉工藝技術(shù)邁上了一個(gè)新臺(tái)階，它為有色金屬產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)起到重要的推進(jìn)作用。以下為參考文獻(xiàn)[1]吳繼烈,ANDREASF．高電流密度銅電解技術(shù)的理論及實(shí)踐[J]．有色金屬(冶煉部分),2020(2):13-17.WUJL,ANDREASF.Theoryandplantpracticeofhighelectriccurrentdensityforcopperelectrolysis[J].NonferrousMetals(ExtractiveMetallurgy),2020(2):13-17．[2]周松林．高強(qiáng)化銅電解精煉新工藝與生產(chǎn)實(shí)踐[J]．有色金屬(冶煉部分),2020(2):1-4.ZHOUSL.Electrolyticrefiningtechnologyofhighstrengthencopperandproductionpractice[J].NonferrousMetal