200 kt/a常規(guī)不銹鋼電解與雙向平行流高效電解工藝方案比較

章小兵， 袁劍平， 趙 欣， 胡 青， 毛志錕

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330002)

200 kt/a常規(guī)不銹鋼電解與雙向平行流高效電解工藝方案比較

章小兵， 袁劍平， 趙 欣， 胡 青， 毛志錕

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330002)

介紹了雙向平行流高效電解工藝，對200 kt/a常規(guī)不銹鋼電解與雙向平行流高效電解工藝方案進行對比，得出在投資、經(jīng)營成本、占地面積方面雙向平行流電解工藝方案優(yōu)于常規(guī)不銹鋼電解方案。

銅電解； 雙向平行流； 高電流密度

1 雙向平行流高效電解工藝介紹

高電流密度電解技術(shù)，目前國內(nèi)外主要有兩種，分別是奧地利的PFD技術(shù)(Parallel Flow Device)和雙向平行流高效電解工藝技術(shù)。差別在于電解液進出方式不同，進而電解槽內(nèi)溶液流場形態(tài)不同，與陽極泥沉降方向也不一樣。雙向平行流高效電解工藝技術(shù)電解液流動方向與陽極泥沉降方向一致，可有效提高銀回收，克服了高電流密度電解時濃差極化及陽極鈍化等問題，確保了陰極銅的質(zhì)量和電解的正常生產(chǎn)，電解液的高速平行流動使電解槽內(nèi)的溫度、濃度分布更加均勻。

雙向平行流電解技術(shù)由中國瑞林工程技術(shù)有限公司、杭州三耐環(huán)?？萍加邢薰?、江西銅業(yè)集團貴溪冶煉廠、江西理工大學(xué)合作完成，技術(shù)起源于日本60年代的游泳池式電解槽技術(shù)，1996年中國瑞林在沈新銅電解項目應(yīng)用過雙向平行流電解(單噴嘴)技術(shù)，迄今已有16年，應(yīng)用于傳統(tǒng)的始極片電解工藝，電流密度可達300 A/m2。

中國瑞林結(jié)合沈新銅電解項目雙向平行流技術(shù)成功經(jīng)驗，同時借鑒了國外最新高電流密度電解技術(shù)，與杭州三耐、江西銅業(yè)、江西理工等合作，先后進行了雙向平行流高效電解工藝技術(shù)仿真研究和雙向平行流高電流密度電解工藝的工業(yè)化試驗，試驗結(jié)果表明產(chǎn)品質(zhì)量已達到A級銅指標。研發(fā)成功擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新型雙向平行流高效電解工藝及專用裝置。該技術(shù)取得的主要技經(jīng)指標如下：

(1)銅電解電流密度≥380 A/m2；

(2) 銅電解電流密度380 A/m2時，直流電耗≤400度/t陰極銅，交流電耗≤450度/t陰極銅；

(3) 電解工序銀的直收率提高0.5%。

2015年1月27日，江西省科技廳對“雙向平行流高效電解工藝及專用裝置”科技成果進行了鑒定。

雙向平行流高效電解工藝主要創(chuàng)新點：

(1) 開發(fā)出了完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效雙向平行流電解工藝及專用裝置；

(2)采用雙向平行流工藝銅電解電流密度可提高到380 A/m2以上，提高銅電解單位面積產(chǎn)能25%以上；

(3) 雙向平行流上進下出的循環(huán)方式有利于陽極泥沉降，有利于提高銀的回收率和陰極銅的質(zhì)量，電解工序銀的直收率提高0.5%；

(4) 雙向平行流上進下出的溶液循環(huán)方式有利于降低溶液進口壓力，從而不需要用泵直接供液，減少溶液帶入空氣量、降低循環(huán)系統(tǒng)的能耗；

(5)雙向平行流電解工藝采用雙向雙側(cè)進液，可采用較低的入口流速，降低溶液循環(huán)時的動力消耗。

雙向平行流電解工藝相對引進技術(shù)的特點：

(1)采用貼近陰極板面的雙噴嘴雙向平行進液，下部出液，溶液分布均勻，可以快速補充陰極板面溶液中的銅離子，減少濃差極化。

(2)經(jīng)計算機仿真計算，經(jīng)過極板間溶液量可達50%～70%(傳統(tǒng)方式15%～20%)，溶液中的銅離子利用率高。

(3)溶液至上而下流動，與陽極泥沉降方向一致，不會造成陽極泥翻騰漂浮，提高陰極銅質(zhì)量。

(4)溶液從上口進，不需要太大的供液壓力，不需要用泵直接供液，減少動力消耗，減少帶入的空氣量。

相比引進技術(shù)，雙向平行流電解工藝除以上優(yōu)勢外，具有絕對價格優(yōu)勢，按20萬t/年規(guī)模初步估算，引進技術(shù)費用(含設(shè)備、運輸及保險、安裝指導(dǎo)及平行流技術(shù)的許可證費等，不含電解槽)～6.3萬元人民幣/只電解槽。而雙向平行流電解工藝費用僅為其五分之一左右。

隨著企業(yè)主對電解過程的低投資、低能耗、高效率要求的越來越高，“雙向平行流高效電解工藝及專用裝置”得到了廣大業(yè)主的認可，雙向平行流應(yīng)用情況如下 ：

(1)沈新10萬t銅電解，傳統(tǒng)法電解，雙向平行流(單噴嘴) 設(shè)計電流密度260 A/m2，實際生產(chǎn)300 A/m2；

(2)南國30萬t銅電解，雙向平行流， 設(shè)計電流密度350～400 A/m2；

(3)內(nèi)蒙金峰銅業(yè)25萬t電解；設(shè)計電流密度380 A/m2；

(4)云銅搬遷50萬t電解，設(shè)計電流密度350～400 A/m2；

(5)杭州富邦銅業(yè)10萬噸高雜質(zhì)陽極板電解，設(shè)計電流密度300 A/m2。

2 方案對比

以下將對200 kt/a規(guī)模下常規(guī)不銹鋼電解與雙向平行流高效電解工藝做綜合對比。

2.1 兩種方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標和設(shè)計參數(shù)

下文方案Ⅰ即常規(guī)不銹鋼電解，方案Ⅱ即雙向平行流高效電解工藝。

本次方案比較主要是對比兩個方案有差異的地方，而相同部分(如兩個方案的機組數(shù)量相同)則不在此次比較的范圍內(nèi)。

主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

2.2 主要設(shè)備選型

主要設(shè)備見表2，常規(guī)不銹鋼電解方案及雙向平行流高效電解兩種方案均采用乙烯基樹脂整體鑄造電解槽，電解槽內(nèi)尺寸為：5 840×1 170×1 400 mm/1 600 mm，方案Ⅱ比方案Ⅰ電解槽數(shù)量少96槽。整流器方案Ⅱ比方案Ⅰ電壓低6.4 V，方案Ⅱ比方案Ⅰ電流強度高。

表2 主要設(shè)備

2.3 投資估算以及費用現(xiàn)值的比較

方案Ⅰ：常規(guī)不銹鋼電解方案，方案Ⅱ：雙向平行流高效電解方案。

本比較選擇兩方案可比部分進行比較，兩方案規(guī)模一致，原料投入及產(chǎn)品相同，僅在投資及運營成本上有差異，方案比較擬采用費用現(xiàn)值法進行比較，以費用現(xiàn)值小的為優(yōu)。根據(jù)項目建設(shè)方案，方案對20萬t規(guī)模進行比較。涵蓋的范圍包括：工藝、土建和電力。

2.3.1 可比建設(shè)投資

兩種方案廠房及工藝設(shè)備比較見表3，可比建設(shè)投資比較見表4。

表3 兩種方案廠房及主要工藝設(shè)備比較

從表3可以看出：

(1)方案Ⅱ(雙向平行流高效電解方案)廠房占地面積少，20萬t時，少18 m×66.85 m；

(2)電解槽數(shù)量少：20萬t時少96臺,管理方便；

(3)不銹鋼陰極板數(shù)量少，20萬t時少5 824片；

(4)其他相對費用較少的電解液循環(huán)泵、凈化過濾機、電解液過濾泵、板式換熱器數(shù)量稍多或能力稍大。

表4 可比建設(shè)投資比較 萬元

從表4可以看出：20萬t規(guī)?？杀冉ㄔO(shè)投資，方案II比方案I節(jié)省1 971.66萬元。

2.3.2 可比經(jīng)營成本

本方案比較選用費用現(xiàn)值法進行比較，即將兩比較方案計算期各年費用折算為現(xiàn)值，并將兩方案費用現(xiàn)值進行對比，以費用現(xiàn)值較低的方案為優(yōu)。

可比經(jīng)營成本詳見表5，方案比較按含稅價進行。從表5可見，20萬t規(guī)模下可比投資、可比經(jīng)營成本方案Ⅱ均比方案Ⅰ小，方案Ⅱ優(yōu)于方案Ⅰ，具體經(jīng)估算總費用現(xiàn)值(ic=12%)：方案Ⅱ比方案Ⅰ低2 229.34萬元，因此，從財務(wù)效益角度，方案Ⅱ均優(yōu)于方案Ⅰ。

表5 電解方案比較表

備注：表中可比建設(shè)投資、制造費用數(shù)據(jù)為方案Ⅰ減方案Ⅱ后的增量數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

“雙向平行流高效電解工藝及專用裝置”通過改變?nèi)芤毫鲃臃绞胶拖嚓P(guān)工藝參數(shù)，銅電解電流密度可提高到380 A/m2及以上，產(chǎn)品質(zhì)量達到高純陰極銅質(zhì)量標準，雙向平行流動以及上進下出的溶液循環(huán)方式有利于減少濃差極化并實現(xiàn)電流密度的提高；有利于陽極泥沉降，電解工序銀的直收率提高0.5%，該技術(shù)和裝備可提高產(chǎn)能25%以上，有利于降低電解工程投資、減少流動資金占用，有利于降低經(jīng)營成本，雙向平行流高效電解工藝及專用裝置達到國際先進水平。

本文對200 kt/a常規(guī)不銹鋼電解與雙向平行流高效電解工藝方案進行了比較，得出：

(1)電解廠房占地，方案Ⅱ比方案Ⅰ少18 m×66.85 m；

(2)可比建設(shè)投資，方案Ⅱ比方案Ⅰ節(jié)省1 971.66萬元；

(3)經(jīng)估算總費用現(xiàn)值(ic=12%)：方案Ⅱ比方案Ⅰ低2 229.34萬元。

綜合考慮，無論從工藝角度還是從財務(wù)角度來說，方案Ⅱ(雙向平行流高效電解)均優(yōu)于方案Ⅰ(常規(guī)不銹鋼電解方案)。

200 kt/a conventional stainless steel electrolytic compared with the two-way parallel flow efficient electrolytic process

ZHANG Xiao-bing, YUAN Jian-ping, ZHAO Xin, HU Qing, MAO Zhi-kun

This paper introduced the two-way parallel flow efficient electrolytic process, 200 kt/a conventional stainless steel electrolytic compared with the two-way parallel flow efficient electrolytic process draw a conclusion that: the two-way parallel flow electrolytic process is superior to the conventional stainless steel electrolytic in field of investment, cost and cover area.

copper electrolytic; two-way parallel flow; high current density

章小兵(1977—)，男，江西余干人，碩士，工程師，主要從事冶金研究設(shè)計工作。

2015-10-19

TF811

B

1672-6103(2016)01-0010-03