銅電解生產(chǎn)系統(tǒng)脫銅槽工藝改進(jìn)的生產(chǎn)實(shí)踐

周 旋， 楊文棟

(巴彥淖爾西部銅材有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

銅電解生產(chǎn)系統(tǒng)脫銅槽工藝改進(jìn)的生產(chǎn)實(shí)踐

周 旋， 楊文棟

(巴彥淖爾西部銅材有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

本文從銅電解精煉的工藝流程，設(shè)立脫銅槽的原因、目的以及脫銅槽工藝改進(jìn)后的效果等方面對(duì)銅電解脫銅工藝進(jìn)行探討和分析。

銅電解；脫銅；危害；工藝改進(jìn)

某項(xiàng)目于2011年2月份投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)陰極銅5萬(wàn)t。其生產(chǎn)工藝為固定式反射爐生產(chǎn)陽(yáng)極板、傳統(tǒng)電解法生產(chǎn)陰極銅、誘導(dǎo)法凈化電解液，最終產(chǎn)出硫酸鎳產(chǎn)品。

銅電解精煉已有150多年的發(fā)展歷史，發(fā)展至今，銅電解精煉的基本原理沒(méi)有改變，主要是在技術(shù)裝備水平、產(chǎn)能規(guī)模、能源單位消耗等方面有較大的進(jìn)步。

1 電解液含銅高的原因及危害

在銅電解精煉過(guò)程中，為了得到平整致密的陰極銅，通常陽(yáng)極的電流效率會(huì)大于陰極電流效率，導(dǎo)致電解液中銅離子濃度會(huì)逐步升高，同時(shí)雜質(zhì)也不斷積累。銅離子和雜質(zhì)超過(guò)一定濃度就會(huì)妨礙電解過(guò)程的正常進(jìn)行。

1.1 銅離子濃度及雜質(zhì)濃度過(guò)高的危害

銅離子濃度太高造成電壓升高，增加電解液的電阻和粘度，使陽(yáng)極泥的沉降速度減慢，不利于陽(yáng)極泥的沉降，雜質(zhì)甚至在陰極上與銅一起放電析出，而且電解銅的結(jié)晶會(huì)變得粗糙，長(zhǎng)粒子的機(jī)會(huì)增多，影響電解銅的質(zhì)量。

在電解精煉過(guò)程中，如果銅離子濃度達(dá)到較高水平時(shí)，使槽電壓升高至1.7 V以上，氧可能在陽(yáng)極放出，形成氣泡銅。

1.2 電解液脫銅方法

1.2.1 啟動(dòng)脫銅槽

在電解車間的生產(chǎn)電解槽系統(tǒng)中抽出一定數(shù)量的電解槽作為脫銅槽，脫銅槽內(nèi)用鉛板、鉛銻或鉛銀等合金作為陽(yáng)極，普通始極片作陰極進(jìn)行電解，直接把電解液中的銅脫出。脫銅槽的槽數(shù)根據(jù)銅離子的增長(zhǎng)速度來(lái)決定。

1.2.2 啟動(dòng)凈液工序

按上升速度最快的雜質(zhì)計(jì)算，抽出一定數(shù)量的電解液送往凈液工序，經(jīng)過(guò)脫銅和脫鎳工序，電解液中銅、鎳等有價(jià)金屬得到回收，砷、銻、鉍等雜質(zhì)得到凈化。

在電解液中其他雜質(zhì)均未超標(biāo)，只有銅離子過(guò)高的情況下，采用電解系統(tǒng)增設(shè)脫銅槽要比啟動(dòng)凈液工序要經(jīng)濟(jì)的多。

為了保證電解液中銅離子濃度的穩(wěn)定，在電解車間生產(chǎn)系統(tǒng)中增設(shè)脫銅槽來(lái)降低電解液中銅離子濃度，并進(jìn)行了多次生產(chǎn)調(diào)整。

2 銅電積原理及改進(jìn)

在脫銅電積過(guò)程中所有沉積在陰極上的銅都來(lái)源于銅電解液中，隨著電積的進(jìn)行，電解液銅離子濃度不斷下降。

2.1 原脫銅槽生產(chǎn)工藝

起初，電解車間脫銅槽陰極為始極片，陽(yáng)極為鉛板，每槽陽(yáng)極41片，陰極40片，極距90 mm，始極片面積0.76 m×0.9 m，電流通?？刂圃?0 000～13 000 A區(qū)間，電流密度在182.75～237.57 A/m2之間，生產(chǎn)周期與普通電解槽一樣，7～8天產(chǎn)出鉛板銅。

2.1.1 存在的問(wèn)題

(1)因銅皮較薄較軟(厚度0.5～0.7 mm)，經(jīng)過(guò)陰極機(jī)組壓紋、鉚耳、穿棒制作成始極片后，始極片垂直度不能達(dá)到100%。在脫銅電解過(guò)程中，因?yàn)檫M(jìn)入脫銅槽充當(dāng)陰極的始極片存在彎曲情況，極易造成陰、陽(yáng)極接觸在一起的“短路”，俗稱“粘板”，嚴(yán)重的形成板面區(qū)域的粘連，極難處理，需要人工逐一檢查，同時(shí)嚴(yán)重影響電解銅的物表質(zhì)量。圖1為現(xiàn)場(chǎng)工人逐一檢查情況。

圖1 逐一勾起陰極檢查是否粘連

(2)因脫銅槽的槽電壓比較高，達(dá)到～1.9 V，約為普通電解槽(～0.29 V)的6～7倍，在處理“短路”或倒槽作業(yè)時(shí)，槽間導(dǎo)電排的接觸點(diǎn)和橫電銅排較容易發(fā)生打火事故，不利于安全生產(chǎn)。

(3)因脫銅槽是脫銅造酸的過(guò)程，槽內(nèi)含酸濃度較高，槽面形成的酸霧較重，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，詳見圖2。

圖2 因鉛板槽酸霧較大，需槽蓋布 層疊多層覆蓋

(4)脫銅槽內(nèi)電解液含酸濃度較高，表面酸霧與空氣接觸，在槽內(nèi)陰極銅耳部與液面接觸位置較容易發(fā)生斷耳現(xiàn)象，形成不合格電銅，同時(shí)斷耳電銅砸槽，對(duì)玻璃鋼電解槽影響較大。同時(shí)需要人工將斷耳電銅撈起，崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度增大。

(5)脫銅槽所產(chǎn)出電解銅不致密，表面疙瘩較多，物表質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，部分板面較好可以銷售的(見圖3)，銷售單價(jià)較正常電解銅低200元/t，不能銷售的只能二次熔煉，增加生產(chǎn)成本，表1為噸陰極銅加工成本。

圖3 鉛板銅物表質(zhì)量較好可銷售的(周邊粒子)

元

2.2 脫銅槽生產(chǎn)工藝改進(jìn)

2.2.1 第一次改進(jìn)

因脫銅槽產(chǎn)出的電解銅不致密，表面疙瘩較多，板面四周棱角物表質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，銷售或二次熔煉都不經(jīng)濟(jì)，所以，電解車間對(duì)脫銅工藝進(jìn)行了第一次改進(jìn)。

始極片在脫銅槽內(nèi)的通電時(shí)間不再是7～8天，改為入槽通電48 h后再全部倒入普通生產(chǎn)槽繼續(xù)通電生產(chǎn)5～6天，通過(guò)普通電解槽的電解來(lái)覆蓋表面疙瘩，改善物表質(zhì)量。

通過(guò)第一次改進(jìn)后，脫銅槽生產(chǎn)的電銅物表質(zhì)量有所提高，表面和四周棱角處的疙瘩數(shù)量減少，粒度較小(見圖4)，化學(xué)品位也有所提高，但脫銅槽產(chǎn)出的電銅仍需降價(jià)銷售或部分二次熔煉。

圖4 第一次改進(jìn)后的電銅

2.2.2 第二次改進(jìn)

2014年5月，電解車間進(jìn)行了第二次脫銅槽工藝改進(jìn)，開始嘗試使用鈦板作陰極進(jìn)行試驗(yàn)，即脫銅槽不再生產(chǎn)電銅，改為生產(chǎn)始極片。

因鈦板表面積(0.775 m×0.915 m)相較于鉛板要大，為保證脫銅槽的電流密度，適當(dāng)調(diào)整了脫銅鈦板槽的極距，極距由原來(lái)的90 mm改為100 mm，單槽40塊陰極改為36塊陰極，電流密度控制在195.86 A/m2～254.62 A/m2之間。

為了保證產(chǎn)出銅片的質(zhì)量，脫銅鈦板槽需要調(diào)整添加劑的用量，一般兩小時(shí)添加一次，之后通電時(shí)間20～24 h后可提出鈦板剝離銅片。

在同等電流強(qiáng)度的情況下，因鈦板平整度好、邊緣有夾條包裹、極距大等原因，相比于之前的始極片脫銅槽，脫銅鈦板槽在電積生產(chǎn)過(guò)程中幾乎無(wú)短路粘連現(xiàn)象，電流效率顯著提高。

工藝改進(jìn)后，脫銅鈦板槽產(chǎn)出的銅皮，從直觀上看，無(wú)論是厚度、韌性還是物表質(zhì)量都比正常種板槽產(chǎn)出的銅皮好(見圖5)。銅皮經(jīng)過(guò)陰極機(jī)組壓紋、鉚耳、穿棒制成陰極后，放入電解槽內(nèi)，其質(zhì)量完全能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。

圖5 鈦板在鉛板槽內(nèi)充當(dāng)陰極產(chǎn)出的銅片 光滑度、厚度、韌性有所提高

2.3 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

2.3.1 工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低

因鈦板板面一方面平直光滑，槽內(nèi)的鈦板與鉛板之間不再出現(xiàn)“短路”現(xiàn)象，大大減少了處理短路的時(shí)間；另一方面鈦板有強(qiáng)度，耐腐蝕，不在出現(xiàn)斷耳砸槽的情況。

2.3.2 槽時(shí)利用率提升

工藝改進(jìn)前出裝、倒槽需整組橫電，時(shí)間較長(zhǎng)，而工藝改進(jìn)后接觸點(diǎn)良好，“短路”減少，可單槽橫電。鈦板通電20～24 h后提出，直接剝離始極片后再重新下槽繼續(xù)生產(chǎn)，大大提高了槽時(shí)利用率，平均每天減少1 h的橫電時(shí)間計(jì)，槽時(shí)利用率可提高4.16%。

2.3.3 銅皮質(zhì)量改善

鉛板槽極距調(diào)寬后，降低了雜質(zhì)的附著，同時(shí)陰極電流密度提高，在通電時(shí)間相同情況下，脫銅鈦板槽產(chǎn)出的銅皮厚度、韌性增強(qiáng)，加工后的始極片垂直度有所提高，入槽充當(dāng)陰極大大降低彎角和雜質(zhì)附著的可能性，圖6為種板槽改進(jìn)前后的對(duì)比。

圖6 種板槽改進(jìn)前后的對(duì)比

3 經(jīng)濟(jì)效益

3.1 節(jié)約電費(fèi)

按每天減少1 h橫電時(shí)間，通電為11 000 A，脫銅槽電壓為1.9 V，脫銅槽數(shù)為5槽，每月生產(chǎn)30天，每月可節(jié)省理論電耗11 000×1.9×5×1×30/1 000=3 135 kWh，電費(fèi)按0.56元計(jì)，每月節(jié)省電費(fèi)3 135×0.56=1 755.6元。

3.2 節(jié)省二次熔煉成本

工藝改進(jìn)前，只有少量鉛板銅能夠降價(jià)銷售，絕大部分的鉛板銅只能被迫返回陽(yáng)極精煉爐進(jìn)行二次熔煉，重新澆鑄成陽(yáng)極板，使生產(chǎn)成本增加。

2013年和2014年分別產(chǎn)出180.343 9 t和293.120 5 t鉛板銅進(jìn)行了二次熔煉，直接加工成本分別增加了16.59萬(wàn)元和26.97萬(wàn)元(陽(yáng)極板直接加工成本為920元/t)。

工藝改進(jìn)后，電解系統(tǒng)不再產(chǎn)出鉛板銅，用脫銅鈦板槽出產(chǎn)的始極片做陰極生產(chǎn)出的電銅質(zhì)量達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)陰極銅在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 增加銷售收入

工藝改進(jìn)前，按全年電銅50 kt/a計(jì)，每月4 200 t電銅，合格率按99%計(jì)，每月產(chǎn)出不合格鉛板銅42 t；工藝改進(jìn)后，系統(tǒng)不再產(chǎn)出不合格鉛板銅，每月增加銷售收入為350×42=1.47萬(wàn)元。

4 結(jié)論

該廠將電解系統(tǒng)的脫銅鉛板槽改為鈦板種板槽，生產(chǎn)試運(yùn)行效果明顯，生產(chǎn)工藝指標(biāo)良好，提升了該公司的銅電解生產(chǎn)工藝水平，值得同行業(yè)推廣。

[1] 王沖.云銅銅電解生產(chǎn)銅離子平衡的工藝選擇及競(jìng)技評(píng)價(jià)[J].中國(guó)有色冶金，2012,(6):18-21.

[2] 毛志琨.銅電解液脫銅及脫雜技術(shù)探討[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2010,(6).

Production practice of process modification of copper stripping cell in copper electrolysis system

ZHOU Xuan, YANG Wen-dong

This paper discusses and analyzes the copper stripping process in copper electrolysis from the aspects of technical process of copper electrolysis and refining, reason and purpose of arranging copper stripping cell, as well as effect after process modification of copper stripping cell.

copper electrolysis; copper stripping; hazard; process modification

周 旋(1986—)，男，江西宜春人，大學(xué)本科，助理工程師，現(xiàn)從事銅冶煉生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

2016-03-01

TF811

B

1672-6103(2017)01-0030-03