清潔高效銅電解新技術及其攻關,冶金工程論文

清潔高效銅電解新技術及其攻關,冶金工程論文摘要：敘述了祥光清潔高效銅電解新技術的應用狀況。就該技術實現(xiàn)的理論基礎、工藝設計參數(shù)、車間配置、工藝技術攻關及指標比擬等情況進行了具體的闡述,與常規(guī)銅電解技術的技術經(jīng)濟指標相比,該技術在清潔高效方面具體表現(xiàn)出出了明顯的優(yōu)勢。本文關鍵詞語：清潔高效;銅電解;高電流密度;參數(shù);指標;Abstract：ApplicationstatusofXiangguangcleanandhighefficientcopperelectrolysistechnologywasdescribed.Theoreticalbasis,processdesignparameters,workshopconfiguration,processtechnologyresearchandindexcomparisonweredescribedindetail.Comparedwithconventionalcopperelectrolysistechnology,thistechnologyshowsobviousadvantagesincleaningefficiency.Keyword：cleanandefficient;copperelectrolysis;highcurrentdensity;parameter;index;銅電解經(jīng)過生產(chǎn)中，電流密度決定銅電解槽的生產(chǎn)能力。當前國內(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280～320A/m2，也是國內(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。陽谷祥光銅業(yè)有限公司〔下面簡稱祥光銅業(yè)〕電解二期采用清潔高效的銅電解新技術，生產(chǎn)至今運行一直比擬穩(wěn)定。與常規(guī)電解相比，在同樣720個電解槽的情況下，該工藝電流密度能夠到達385～420A/m2，陰極銅產(chǎn)能可提高50%。1、清潔高效銅電解新技術金屬電解經(jīng)過中，金屬析出的量遵循法拉第定律，在已有設備參數(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]。當其他條件一定時，降低擴散層厚度是提高電流密度的唯一途徑，而減小擴散層厚度最有效的方式方法就是提高電解槽內(nèi)電解液的流動速度。祥光銅業(yè)在追求高產(chǎn)能、高品質(zhì)的基礎上，愈加注重清潔、高效、環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)新技術。祥光銅業(yè)研發(fā)出了一種清潔高效的銅電解新技術平行流電解技術[2]，它可實現(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。該技術電解液的循環(huán)通過一種特殊的供液裝置平行流裝置〔PFD〕來實現(xiàn)。整套PFD由進液裝置、分流裝置、定距裝置三部分組成，進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行了特殊設計，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。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入陰極。電解液的平行流動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，利用變頻式循環(huán)泵直接給電解槽供液，可實現(xiàn)電解液的快速流動。電解液的流動速度加快，可有效地減小擴散層的厚度，進而實現(xiàn)電流密度的大幅提升和產(chǎn)能的提高。然而，電解液的高速流動可能會導致陽極附近陽極泥的沉降出現(xiàn)問題，進而導致陰極上出現(xiàn)結(jié)瘤、樹枝狀結(jié)晶等。因而，電解液入口位置的選取和陰陽極板的定位選擇特別關鍵。平行流裝置上特殊設計的三角模塊和出液噴嘴對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，陰極固定在每兩個噴嘴之間，以保證陰極板和出液噴嘴之間相對位置的準確。出液噴嘴的獨特設計與陰陽極板的精準定位，使得采用平行流電解給液很好地解決了陽極泥沉降的問題，而且還能夠保證陰極銅的產(chǎn)品質(zhì)量。2、工藝參數(shù)設計與配置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組織生產(chǎn)，該系統(tǒng)詳細的工藝設計參數(shù)見表1。2.2、車間配置電解二期有兩個系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)的配置、部署完全對稱，機組位于兩個系統(tǒng)之間。電解槽總數(shù)量720個，每4組為一個系列，共分八個系列32組。每個系統(tǒng)各四個系列16組，每組22槽或23槽，每兩組由1臺短路開關控制。車間配置兩套剝片機組，一套陽極加工機組，一套殘極加工機組，兩臺電解行車。華而不實，每套剝片機組配備5個機械臂替代了傳統(tǒng)的鏈條運輸。另外，針對電解液的脫銅脫雜，凈液系統(tǒng)還配套設計了一次脫銅和二次脫銅工序；一次脫銅工序10個電解槽，二次脫銅工序90個電解槽。利用凈液系統(tǒng)來保持電解液中銅、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)工藝的順利運行。表1電解系統(tǒng)工藝設計參數(shù)3、電解新技術攻關由于電解二期引進新的銅電解技術，投產(chǎn)初期，從工藝管控、現(xiàn)場操作到設備運行都存在一定問題，后續(xù)生產(chǎn)技術人員進行不斷探索與技術攻關，新工藝生產(chǎn)運行逐步順利，產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。3.1、裝槽技術攻關平行流電解新技術下，電解槽內(nèi)的供液裝置PFD裝置替代了常規(guī)電解的進液底管，出裝槽作業(yè)時不能再沿用常規(guī)電解原有的裝槽操作，需對電解裝槽作業(yè)進行相應的調(diào)整和優(yōu)化。生產(chǎn)初期，工藝人員經(jīng)過不斷探索與實踐，總結(jié)出了一種新的銅電解裝槽作業(yè)技術。裝槽作業(yè)時，首先對PFD的狀況進行檢查，主要是查看噴嘴、三角模塊與箱體的完好情況。然后對絕緣板、PFD裝置與電解槽的相對位置進行校正與調(diào)整。最后是陽極板與陰極板的裝槽定位，先利用PFD的定距裝置輔助進行定位，再人工進行精細調(diào)整。上述作業(yè)可確保裝槽后每塊陰極和陽極兩側(cè)都有一個噴嘴與之對應，進而保證陰陽極之間的電解液能夠快速循環(huán)更新。3.2、電流密度攻關前文已經(jīng)提到，電流密度的提高主要通過降低擴散層的厚度來實現(xiàn)，而降低擴散層厚度的有效措施則是提高陰陽極板之間電解液的流量。為此，針對電解液流量、電解液成分等關鍵工藝參數(shù)進行了試驗。1〕探索最佳的電解液流量與給液方式。分別對不同區(qū)間的單槽流量進行了試驗探索，最終確定了電解槽的電解液流量在75～100L/〔mincell〕。同時，去掉高位槽，配備了變頻式循環(huán)泵。生產(chǎn)經(jīng)過中，變頻泵和電解槽給液之間設定了壓力聯(lián)鎖，使電解液流量得到精準控制。平行流下部側(cè)面出液、上部兩端回液的方式可使電解槽內(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)過對電解液流量的需求，又能夠使陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。2〕設計了新型液位調(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會出現(xiàn)回液不暢、向外噴濺的問題，對周圍的備件造成腐蝕，也給現(xiàn)場安全環(huán)保帶來問題。針對該問題，設計了一種新型液位調(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、向四周噴濺的問題，還可對電解槽液位進行有效調(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、酸濃度也需要實時調(diào)整。實際生產(chǎn)中，采取了高銅、低酸的工藝技術控制，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。及時關注陰極銅的析出情況，根據(jù)銅質(zhì)量情況對骨膠、硫脲等添加劑進行及時調(diào)整。另外，配有一套專門設計的自動控制系統(tǒng)，添加劑可進行24小時連續(xù)、自動添加。同時，通過隔板將循環(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，進一步確保骨膠、硫脲的穩(wěn)定添加。3.3、電流效率攻關為保證高電流密度銅電解時的陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量與電流效率，從下面幾方面著手進行改良與提高。1〕提高陽極板的質(zhì)量。從源頭抓起，提高了氧化復原終點判定的準確性；及時關注風管壓力和流量的調(diào)控；加強了對銅模、溜槽、電子秤等設備的維護；嚴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極板薄厚不均、超重超輕、毛刺、背筋、蜂窩、上部裂紋等問題，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力度，確保每位員工都把握電解裝槽技術。天天作業(yè)時給員工劃分詳細任務，每一槽責任到人，進而約束作業(yè)人員的工藝操作，提高員工的責任心。同時，加大檢查力度，制定車間、工段、班組三級檢查方案，每一級都有專人負責進行檢查。以上措施，確保了裝槽操作精度，進而穩(wěn)定陰極銅的質(zhì)量，提高陰極銅電流效率。3〕嚴控電解液的澄清度。出槽時，電解槽下部漿液進行兩次壓濾過濾，然后再通過凈化過濾機進行處理。凈化過濾機獨特的過濾系統(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〕加強日常工藝管控。嚴控電解工藝參數(shù)；及時排除板面粒子；加強對槽電壓的檢測；及時清洗極間觸點；定期檢查電解槽、絕緣板的絕緣性能；導電不良、板面彎曲、變形的陰極板及時維修更換；及時調(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。上述各項措施的施行，穩(wěn)定了電解生產(chǎn)的順利進行，確保了陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量及各項指標的達成。3.4、環(huán)保技術攻關祥光銅業(yè)在研發(fā)新的電解技術時，就考慮到高效節(jié)能與清潔生產(chǎn)問題。圍繞著該問題，主要從下面幾方面進行了攻關。1〕酸霧凈化處理。循環(huán)槽、上清液槽、濃密機、陽極泥儲槽等各電解液儲槽產(chǎn)生的酸霧采用密閉抽風凈化處理、利用堿液對酸霧進行噴淋的措施，噴淋堿液的pH進行24小時連續(xù)檢測，堿液的自動添加與pH檢測設定聯(lián)鎖。酸霧處理后達標排放，處理后的酸霧排放檢測值遠低于環(huán)保要求標準值〔20mg/m3〕。上述措施的施行，有效地改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，避免了車間周圍區(qū)域環(huán)境的污染。2〕廢水無外排處理。相對來講，電解液系統(tǒng)為一個閉路系統(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)廢水需要進行開路處理。經(jīng)過最近幾年生產(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，不再進行開路處理，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情況，同時也跟當前國內(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)勢很明顯。在同等建設規(guī)模的基礎上，平行流電解新技術較常規(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主要工藝指標比照5、結(jié)論祥光銅業(yè)電解二期采用先進、清潔、高效、強化的銅電解新技術平行流技術標準設計，其工藝與設備在世界同行業(yè)內(nèi)均處于領先水平。經(jīng)過生產(chǎn)不斷探尋求索與攻關，設備運行穩(wěn)定，各項工藝指標均到達或優(yōu)于設計水平，充分具體表現(xiàn)出了該技術的清潔與高效，標志著中國和世界的銅電解精煉工藝技術邁上了一個新臺階，它為有色金屬產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級起到重要的推進作用。以下為參考文獻[1]吳繼烈,ANDREASF．高電流密度銅電解技術的理論及實踐[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．高強化銅電解精煉新工藝與生產(chǎn)實踐[J]．有色金屬(冶煉部分),2020(2):1-4.ZHOUSL.Electrolyticrefiningtechnologyofhighstrengthencopperandproductionpractice[J].NonferrousMetal