銅電解精煉過程中的節(jié)能措施與實(shí)踐

別良偉

(金川集團(tuán)有限公司精煉廠，甘肅金昌 737100)

銅電解精煉過程中的節(jié)能措施與實(shí)踐

別良偉

(金川集團(tuán)有限公司精煉廠，甘肅金昌 737100)

本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，針對銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗的問題進(jìn)行了分析，研究了電解液溫度、電解液成分、電流密度、添加劑、陰陽極周期和極間短路對電消耗的影響，同時(shí)研究了電解液溫度、陰極銅燙洗、換熱器熱效率和氣候因素蒸汽消耗的影響，通過嚴(yán)格控制相關(guān)電解工藝技術(shù)條件等措施，達(dá)到了銅電解精煉過程中節(jié)能降耗的目的，這對傳統(tǒng)銅電解技術(shù)水平的提升具有重要的實(shí)際意義。

銅電解精煉;電解液;電消耗;蒸汽消耗

1 前言

在銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗是主要的能源消耗，因此，做好電消耗與蒸汽消耗的節(jié)能降耗工作是降低電解銅的綜合成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力的關(guān)鍵所在。2010年國內(nèi)某公司陰極銅產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模為400kt/a，其中小極板電解系統(tǒng)處理自產(chǎn)料銅陽極板能力為60kt/a，產(chǎn)出48kt/a標(biāo)準(zhǔn)陰極銅;大極板電解系統(tǒng)處理礦銅陽極板能力為440kt/a，產(chǎn)出350kt/a高純陰極銅。小極板和大極板電解系統(tǒng)工藝均采用傳統(tǒng)法電解工藝技術(shù)，銅電解的能耗主要是指電消耗和蒸汽消耗，這兩項(xiàng)之和約占總能耗的99.0%～99.5%以上，可見銅電解精煉過程中節(jié)能的關(guān)鍵是節(jié)電和節(jié)汽。

2010年，國內(nèi)某公司大板電解系統(tǒng)處理外購料中電耗指標(biāo)為440～460kW·h/t·Cu，蒸汽消耗指標(biāo)為1.7～1.9t/t.Cu，為了降低陰極銅的生產(chǎn)成本和車間加工費(fèi)，優(yōu)化和提高銅電解精煉過程中的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本文針對銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗耗的問題進(jìn)行了分析，并采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和解決。

2 影響電單耗的主要因素［1－2］

銅電解車間電耗有兩種，一種是直流電單耗，一種是交流電單耗，它是電解銅生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，它綜合反映了電解銅生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果。交流電單耗是指單位產(chǎn)品陰極銅所消耗的交流電量。交流電電耗量包括高壓和低壓交流電的全部消耗量，一般包含機(jī)電設(shè)備用電，生活生產(chǎn)用電等。影響交流電單耗的因素主要有用電設(shè)備的電能利用率;用電設(shè)備的選擇配置及合理使用;用電的管理等方面。

直流電單耗是指單位產(chǎn)品陰極銅所消耗的直流電量。直流電消耗量包括生產(chǎn)槽、種板槽、脫銅槽、再用殘極槽耗電量，以及漏電、線路損失等直流電消耗量。直流電單耗大體可以分為有效單耗和無效單耗兩部分，無效單耗為線路等損失，一般較小，可以忽略不計(jì)，有效電耗與槽電壓及每噸陰極銅所消耗電量存在如下關(guān)系:

式中W:直流電單耗，kW·h/t;V:槽電壓，V; η:電流效率，%;1.1852:銅的電化當(dāng)量，g/A.h。

上式(1)表明，電耗隨槽電壓的降低及電流效率的提高而減小，其中槽電壓的影響最大。因此，通過分析與生產(chǎn)實(shí)踐，得出影響電耗的主要因素如下:

(1)電解液溫度。合適的電解液溫度，對降低電耗有重要的作用。電解液溫度過低，會(huì)造成電解液粘度增大，各種離子的擴(kuò)散速度減慢，必將增加電解液的電阻，從而使槽電壓升高，電耗增加。

(2)電解液成份。陽極板中的雜質(zhì)在溶液中的積累，使硫酸銅的溶解度減小，增大電解液的密度和粘度使陽極泥沉降速度減慢，增加電解液中漂浮陽極泥的含量，加大了懸浮物對陰極銅的污染程度，導(dǎo)致陰極銅的質(zhì)量降低，還會(huì)使電解液的電阻增大，槽電壓升高，電耗升高。因此控制好電解液的成份對于降低槽電壓顯得很重要。

(3)電流密度。提高電流密度會(huì)使陰、陽極電位差加大，同時(shí)電解液的電壓降、接觸點(diǎn)和導(dǎo)體上的電壓損失增加，從而增加了槽電壓和電解的直流電耗。

(4)陰陽極周期。陽極周期的長短與陽極自身的重量、殘極率、電流效率、電流密度有直接關(guān)系。在其它條件相同的情況下，陰、陽極周期越短，出裝槽作業(yè)越頻繁，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備能源的損耗，陰、陽極周期太長，除了影響陰極銅質(zhì)量外，使生產(chǎn)資金占用額增加。

(5)電解液的循環(huán)量。在電解過程中，電解液必須不斷地循環(huán)流動(dòng)，以保持電解槽內(nèi)電解液溫度均勻，濃度均勻，但是在電解精煉過程中可以產(chǎn)生電極極化和濃差極化，由于極化的結(jié)果，產(chǎn)生反電動(dòng)勢，使槽電壓升高，電耗增加。

(5)加強(qiáng)添加劑的監(jiān)控。設(shè)專人控制添(6)添加劑。適量的添加劑可使陰極銅結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、雜質(zhì)含量減少，但添加劑過多，槽電壓也會(huì)隨之上升，造成電耗增加。

(7)極間短路。極間短路是電流效率下降的主要原因之一，造成短路的原因有:陰、陽極板的加工精度和垂直懸掛度差，陰陽極排列不均，極距的縮短，會(huì)使極間的短路接觸增多，引起電流效率下降，個(gè)別電極電流密度大，生成粒子引起短路，相鄰槽同種電極接觸等。

3 影響蒸汽單耗的主要因素

蒸汽單耗是指單位產(chǎn)品陰極銅所消耗的蒸汽量。蒸汽消耗量為生產(chǎn)、生活等蒸汽消耗總量，它主要與電解槽及各類貯槽的表面覆蓋和槽壁保溫措施有關(guān)。在無措施的情況下一般為1.0～1.5t/t.Cu，當(dāng)電解槽面采用覆蓋、槽壁及管道采取保溫措施并將各貯槽加蓋的情況下，蒸汽消耗一般為0.2～0.6 t/t.Cu。影響蒸汽單耗的主要因素:

(1)電解液溫度。電解液的溫度越高，與周圍空氣的溫度差越大，散熱損失也就越大，給電解液加溫要補(bǔ)充的熱量也就越多。

(2)陰極銅燙洗。除電解液加溫外，陰極銅燙洗消耗的蒸汽量也很大。

(3)換熱器熱效率。在加溫電解過程中，換熱器換熱效率高，可以直接節(jié)省蒸汽。

(4)氣候影響。北方和海拔較高的地區(qū)因季節(jié)性氣候的變化，一般比南方工廠蒸汽單耗大。

4 降低電消耗與蒸汽消耗的措施

針對以上的分析，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該公司銅電解車間著重采取了以下措施來減少電消耗和蒸汽消耗:

(1)嚴(yán)格加強(qiáng)出裝槽作業(yè)管理。杜絕不合格陽極板和始極片入槽，確保極距均勻并符合工藝要求，從而大大減少了陰、陽極短路的可能，提高了電流效率，降低了電耗。

(2)嚴(yán)格控制電解液成份。根據(jù)原料的來源，制定了嚴(yán)格的工藝技術(shù)操作規(guī)程，并要求每天抽取化驗(yàn)電解液樣，以便及時(shí)掌握、調(diào)整電解液的成份及采取必要的防范措施，降低電解液的電阻，從而降低槽電壓，降低電耗。

(3)嚴(yán)格控制電解液的溫度電解液的溫度應(yīng)保持在60～65℃，有利于降低電解液的粘度，使漂浮的陽極泥容易沉降，增加各種離子的擴(kuò)散速度，減少電解液的電阻，從而提高電解液的導(dǎo)電率、降低電解槽的電壓降，減少銅電解生產(chǎn)的電能消耗。

(4)選取合適的電流密度。根據(jù)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)碾娏髅芏龋m時(shí)調(diào)整電解液的循環(huán)量，使電解液成份均勻，有效地降低濃差極化作用，降低槽電壓及電耗［3］。

加劑的加入量，并根據(jù)工藝的變化即時(shí)調(diào)整添加劑的配方，避免添加劑過量而引起槽電壓上升，電耗增加。

(6)用電設(shè)備的選型。節(jié)電還應(yīng)合理選擇設(shè)備，降低低壓用電，同時(shí)要嚴(yán)格做好照明管理。

(7)加強(qiáng)槽面管理。做好極間短路和燒板的檢測與處理工作，同時(shí)為確保各觸點(diǎn)接觸良好，要求裝槽、出銅時(shí)必須擦亮接觸點(diǎn)和用電解液淋洗導(dǎo)電棒等，以降低接觸電阻，降低槽電壓［4］。

(8)做好電解槽及其他槽罐的保溫措施。對循環(huán)系統(tǒng)的槽、罐和溜槽加蓋，大大地減少了電解槽等設(shè)備的對流、輻射放熱，對槽罐和管道做好保溫措施，同時(shí)在電解槽上面覆蓋槽蓋布，減少蒸汽消耗［5］。

(9)換熱設(shè)備的選取?？梢圆捎脫Q熱效率更高的鈦板式換熱器，一方面降低了蒸汽波動(dòng)對電解的影響;另一方面提高了熱效率，降低了蒸汽消耗，節(jié)約了能源［6］。同時(shí)也要做好熱交換器的清洗工作，更有利于提高熱交換效率，降低蒸汽消耗。

5 結(jié)論

通過采取以上有效措施，2010年上半年該公司銅電解車間大板電解系統(tǒng)處理外購料的電消耗已降為430～440kW·h/t·Cu，蒸汽消耗已降為1.2～1.5t/t.Cu，降低陰極銅的生產(chǎn)成本和車間加工費(fèi)，同時(shí)也提高了該企業(yè)銅電解精煉過程中的主要技術(shù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的節(jié)能降耗。

［1］有色金屬提取冶金手冊編委會(huì).有色金屬提取冶金手冊(銅鎳卷)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［2］朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

［3］張杰.電解銅工藝的節(jié)能措施及效果［J］.有色礦冶，2010.

［4］李公建.淺談銅電解生產(chǎn)過程中降低槽電壓的途徑［J］.甘肅冶金，2010.

［5］李建民.槽蓋布在銅電解中的應(yīng)用［J］.中國有色冶金，2004.

［6］李寶文.侯馬冶煉廠50kt/a銅電解設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐［J］.銅業(yè)工程，2007.

Energy Saving Measures and Practice in Copper Electrolytic Refining Process

BIE Liang－wei

(Refinery of Jinchuan Group Limited，Jinchang，Gansu，China 737100)

Combining with the production practice，the causes for the issues of electricity consumption and steam consumption in copper electrolytic refining process are analyzed in this article.The effects of electrolytic temperature，electrolytic composition，current density，additives，anode and cathode cycle and short circuit to electricity consumption are investigated in this article.At the same time，the factors including temperature of the electrolytic solution，cathode hot wash，thermal efficiency of heat exchanger and climate which impacting steam consumption are also studied in this article.The purpose of energy saving can be achieved by controlling related electrolysis processing technology condition.It also had vital practical significance meaning for improving traditional copper electrolysis technology level.

copper electrolytic refining;electrolyte;electricity consumption;steam consumption

TF811

B

1009－3842(2011)01－0043－03

2010－11－19

別良偉(1981－)，男，漢族，河南南陽人，工學(xué)碩士，冶金工程師，主要從事銅電解生產(chǎn)技術(shù)管理工作，E－mail:bie－liangwei@163.com