銅的電解精煉工藝（三）

□文/張春發(fā)

銅的電解精煉工藝（三）

Summary of the Process of Electrolytic Refi ning of Copper

□文/張春發(fā)

在建設(shè)有色金屬強(qiáng)國的宏大隊伍中，一大批中青年技術(shù)專家的身影國外引人注目。企業(yè)從策劃到建設(shè)到施工再到日常生產(chǎn)管理，需要一大批優(yōu)秀的人才，而行業(yè)中的真正有才干的專家成為一種可遇而不可求的“稀缺資源”。長期以來，我們的記者們匆忙地在全國各地乃至于國外走訪和調(diào)查之余的一項重要工作就是尋覓專家。為此，我們開辟了中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇及技術(shù)升級研修班和再生鋁產(chǎn)業(yè)鏈論壇暨冶煉技術(shù)研修班，其中一個目的就是要為企業(yè)搭建一個與各路專家溝通的渠道。在此過程中，我們結(jié)識了不少中青年專家，巴彥淖爾西部銅材有限公司總工程師張春發(fā)就是其中的一位。

張春發(fā)先生畢業(yè)于唐山礦業(yè)學(xué)院有色冶金專業(yè)，在國內(nèi)最著名的有色金屬冶煉企業(yè)——沈陽冶煉廠從生產(chǎn)第一線干起，先后擔(dān)任銅電解分廠技術(shù)員、 技術(shù)組組長、 工程師、質(zhì)量管理處副處長、銅電解分廠廠長；2000年至200年6月?lián)魏颖苯ú~業(yè)集團(tuán)總工程師兼銅電解分廠廠長；負(fù)責(zé)銅火法冶煉、銅電解車間的質(zhì)量、技術(shù)管理。在這些年里，他曾經(jīng)幫助幾家企業(yè)制定了企業(yè)規(guī)劃企業(yè)發(fā)展方向、生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)、各項管理方案，把一個電解銅質(zhì)量不合格，沒有市場銷路的瀕危企業(yè)變成了產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，打開銷路、占領(lǐng)市場、運(yùn)行良好的大型企業(yè)。

2010年10月張春發(fā)先生在中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇和技術(shù)升級研修班上向代表們系統(tǒng)地介紹了電解銅生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵問題。最近，他聽說第二屆中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇暨技術(shù)升級研修班將在江西南昌舉辦，立即表示將在論壇上把電解精煉車間設(shè)計方案的選擇和對比的有關(guān)問題與大家進(jìn)行深入討論。這些內(nèi)容將在下一期雜志上刊出。他也期待著與大家在九月份的論壇上見面。

（上接《資源再生》雜志2011年第6期49頁）

五、銅電解最新工藝

目前，銅電解生產(chǎn)工藝大體分二類。第一，傳統(tǒng)電解工藝，即前面介紹的包含生產(chǎn)始極片的工藝，這種工藝適合產(chǎn)量較小，年產(chǎn)10萬噸以下的企業(yè)。第二，永久性陰極銅電解技術(shù)，這種工藝適合生產(chǎn)規(guī)模較大，年產(chǎn)15萬噸以上的企業(yè)，但該種工藝較傳統(tǒng)法一次性投資大。

永久陰極銅電解技術(shù)在1987年研制并投入生產(chǎn)，到今天為止，已發(fā)展為三種不同的工藝，即ISA、KIDD、OT法。雖工藝名稱不同，但基本原理相同，即所用的陰極全為不銹鋼316L材質(zhì)，不生產(chǎn)始極片，陰極在電解槽中一步電解成成品陰極銅，利用陰極剝片機(jī)剝離。3種工藝的異同點如表2：

1. 永久陰極銅電解技術(shù)和傳統(tǒng)銅電解工藝比較，見表3：

從表3可以看出，不銹鋼陰極法電解工藝指標(biāo)主要特點有：

（1）極距小，電流密度高：因陰極平直，不容易短路，所以不銹鋼陰極可采用較小極距和較高的電流密度。

（2）陰極周期短：不銹鋼陰極法一般采用較短的陰極周期，通常為6～8天，一般是陽極周期的1/3。短周期可以減少陰極銅長粒子的機(jī)會，有利于陰極銅質(zhì)量的保證。

（3）殘極率低：由于不銹鋼陰極平直，電力線分布均勻，不容易短路，所以陽極溶解更均勻，不會在電解后期形成大洞或斷裂掉入槽內(nèi)，殘極率可以降低到12%～16%。傳統(tǒng)法大極板電解殘極率一般在18%～20%。

（4）蒸汽耗量低：傳統(tǒng)法每噸陰極銅的平均蒸汽消耗量在0.8噸左右，不銹鋼陰極法平均蒸汽消耗量在0.4噸以下。

2. 永久陰極銅電解技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備

（1）永久性不銹鋼陰極板

不銹鋼陰極板材質(zhì)為316L，厚度3.25mm，表面光潔度2B，陰極板的垂直度：從吊棒中心線到板底部兩角為5.5mm，陰極板底邊開有90°V形槽。

不銹鋼陰極板兩側(cè)垂直邊采用聚丙烯或聚氯已烯做絕緣條，從而使剝下兩片銅分離。

（2）陰極剝離機(jī)組

表3 兩種工藝設(shè)計的工廠參數(shù)和指標(biāo)

（3）陽極機(jī)組

該機(jī)組主要作用是將陽極板加工成適合電解車間使用的原料進(jìn)到電解車間。功能有：壓耳、稱重、板面壓平、板面測厚（太厚或太薄挑出）、冼耳（冼陽極大面和底面）、排板撥距等。壓耳的目的是使陽極吊耳與陽極板呈90°的角度；板面壓平的目的是使陽極板板面保持平直；洗耳的目的是使吊耳的下部（電解時與導(dǎo)電板接觸的面）平整光潔，從而達(dá)到陽極板面與地面垂直。

（4）殘極機(jī)組

該機(jī)組主要作用是將出槽殘極沖洗、打包。殘極機(jī)組的功能有殘極受理、沖洗（沖洗水加溫到60℃）、堆落、打包等。

本機(jī)組設(shè)有沖洗水儲槽，沖洗殘極后的水先經(jīng)自動過濾陽極泥裝置，然后進(jìn)入沖洗水儲槽，可以做到70%的洗水循環(huán)使用。

六、技經(jīng)指標(biāo)、成本構(gòu)成及投資預(yù)算

1. 銅電解技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）電流效率：電流效率是指陰極實際析出銅量與理論析出銅量之比。

范崢崢從車上下來，打扮得很光鮮，白色的針織衫內(nèi)衣，黑色的中長外套，下穿當(dāng)下流行的春秋靴和百褶短裙，讓賈鵬飛不敢相信這就是快半年沒見面的妻子。

（2）槽電壓：槽電壓是陽極與陰極電位之差，是影響電能消耗的重要因素。銅電解精煉的槽電壓中，電解液的電壓降占主要地位，約占槽電壓的60%～80%。

（3）電能消耗：電能消耗是指交流電消耗，即生產(chǎn)1噸電銅消耗交流電的電量。

（4）其他指標(biāo)：銅的回收率、殘極率、硫酸單耗、蒸汽單耗等。

電解精煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4：

表4 某些廠主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2. 成本構(gòu)成

銅電解主要生產(chǎn)成本由電、蒸汽、殘極再煉、硫酸消耗、水消耗、職工工資、銅的損失、維修費(fèi)、其他輔助材料等構(gòu)成，其詳細(xì)構(gòu)成見表5：

表5 銅電解生產(chǎn)成本構(gòu)成表

從表5中可以看出，成本構(gòu)成中電耗、蒸汽消耗、殘極再煉所占比例最大，所以在生產(chǎn)中為了降低成本，應(yīng)該主要從這三方面入手解決存在的問題，最大限度降低成本。下面對其逐條分析。

（1）電耗

降低電耗有二個途徑：降低槽電壓、提高電流效率。

降低槽電壓：嚴(yán)格控制陽極銅中鎳、氧、鉛等含量，根據(jù)陽極板的成分，控制適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?；?dāng)陽極板含雜質(zhì)較高、電解條件惡化時提高電解液溫度，減少濃差極化，從而提高電解液導(dǎo)電率；杜絕槽面行走，以免陽極泥脫落，導(dǎo)致電解液電阻增大；接觸點清擦干凈。

提高電流效率：減少導(dǎo)電排和電解槽槽體對地漏電；減少極間短路。

（2）蒸汽消耗

影響蒸汽消耗的主要因素有：電解液在循環(huán)過程中的散熱損失、熱交換器熱交換效果的好壞。

減少電解液在循環(huán)過程中的熱損失：加強(qiáng)槽面管理，槽面采用覆蓋布覆蓋、循環(huán)管道采用保溫措施、高位槽和低位槽要采用槽面覆蓋。

做好熱交換器的清洗工作，及時清理散熱片，提高熱交換效率。

（3）殘極率

降低殘極率措施有：陽極板澆鑄時盡量做到薄厚一致，同時陽極模子在設(shè)計過程時耳部要較板面要薄，基本是10~20mm；嚴(yán)格控制好技術(shù)條件，避免陽極鈍化；條件允許時，再對殘極處理過程中要把能再用的殘極選出再用。

3. 銅電解車間（包括凈化）固定投資預(yù)算

銅電解車間投資根據(jù)所選設(shè)備及其自動化程度不同而有相當(dāng)大的差別。正常情況下，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，電解車間（選用五線一車：即陽極機(jī)組、始極片加工機(jī)組、導(dǎo)電棒傳送清理機(jī)組、殘極機(jī)組、電銅洗滌機(jī)組、電解專用吊車）的投資為每噸銅0.3萬元左右。