金隆年產(chǎn)46萬(wàn)t電解銅規(guī)模的達(dá)產(chǎn)實(shí)踐

蘇 峰， 李敬忠

(金隆銅業(yè)有限公司， 安徽 銅陵 244021)

金隆公司主要工藝流程為：閃速熔煉、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、陽(yáng)極爐精煉、電解精煉以及兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝。投產(chǎn)以來(lái)，金隆公司堅(jiān)持生產(chǎn)和改造并重，經(jīng)過(guò)多次技術(shù)升級(jí)和挖潛改造，現(xiàn)已具備年產(chǎn)45萬(wàn)t陰極銅、120萬(wàn)t硫酸的生產(chǎn)規(guī)模。其中，電解生產(chǎn)工藝主要以大極板常規(guī)電解(以下簡(jiǎn)稱常規(guī)電解)及PC不銹鋼永久陰極板電解(以下簡(jiǎn)稱PC電解)兩種工藝為主。隨著國(guó)內(nèi)外銅行業(yè)電解生產(chǎn)管理、技術(shù)水平差距日趨縮小，電解高電流密度生產(chǎn)、高技術(shù)指標(biāo)的對(duì)標(biāo)管理逐漸成為主流，電解生產(chǎn)仍有潛力可待挖掘[1]。

1 電解工藝生產(chǎn)過(guò)程概況

1.1 理論產(chǎn)能分析

金隆公司電解生產(chǎn)采用兩種生產(chǎn)工藝，即常規(guī)電解和PC電解。為保持年產(chǎn)45萬(wàn)t陰極銅產(chǎn)能，需優(yōu)先考慮陽(yáng)極板產(chǎn)量、硅整流負(fù)荷、設(shè)備故障、工藝管道及槽組檢修等限制因素。目前，常規(guī)電解電流密度為290 A/m2，PC電解電流密度為310 A/m2，可達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。若要求進(jìn)一步提高產(chǎn)能，即陰極銅生產(chǎn)能力達(dá)到46萬(wàn)t時(shí)，可考慮提高PC電解電流密度，按照表1理論產(chǎn)能計(jì)算，理論產(chǎn)能約為46.83萬(wàn)t，生產(chǎn)過(guò)程需考慮各項(xiàng)實(shí)際指標(biāo)應(yīng)略低于理論計(jì)劃值。

表1 電解理論產(chǎn)能計(jì)算

1.2 電解實(shí)際產(chǎn)能及指標(biāo)概況

金隆公司在合理組織生產(chǎn)，穩(wěn)定各項(xiàng)外部因素影響，保證電解生產(chǎn)能力穩(wěn)定的前提下，2016年電解產(chǎn)能首次突破46萬(wàn)t，達(dá)到46.39萬(wàn)t，如圖1所示。圖2為電解產(chǎn)能隨電解電流密度提高的變化趨勢(shì)。電解連續(xù)超額完成全年生產(chǎn)計(jì)劃，且相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，如陰極銅優(yōu)質(zhì)品率、電流效率等，詳見(jiàn)圖3所示。

圖1 投產(chǎn)至今陰極銅實(shí)際產(chǎn)能對(duì)比

圖2 電解產(chǎn)能隨電流密度的提高而變化

圖3 近幾年電解各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

2 有價(jià)金屬回收概況

金屬平衡管理是衡量冶煉企業(yè)工藝技術(shù)和管理水平的重要標(biāo)志，通過(guò)計(jì)算金屬回收率，反映金屬元素的回收利用狀況和損失方向[2]。

2.1 電解工序Cu、Au、Ag的回收

提高電解Cu回收率的主要方法：一是提高陰極銅產(chǎn)量及質(zhì)量，減少返回品，提高直收率；二是加強(qiáng)中間物料管理，規(guī)范在制品物料流轉(zhuǎn)、調(diào)撥和銷售程序，減少資金占用及無(wú)名損失等[3]。

由于Au、Ag等貴金屬主要沉降在陽(yáng)極泥里，因此降低電解液比重、增加陽(yáng)極泥的沉降性有利于貴金屬的回收。生產(chǎn)實(shí)踐表明，陽(yáng)極板銀含量低于800×10-6時(shí)，電解銅含銀可維持在(8～10)×10-6。圖4表明，2017年以來(lái)，為提高金屬回收率，電解重點(diǎn)加強(qiáng)中間物料管理及系統(tǒng)控制等手段，以銅為例，銅回收率為98.8%左右，為提高公司經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。

2.2 電解工序Ni的回收

真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳在金隆公司應(yīng)用已5年有余，產(chǎn)品硫酸鎳的提取不僅為公司發(fā)展帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于平衡電解液中鎳的含量，減少鎳離子及附帶的砷、銻、鉍等雜質(zhì)的危害，為穩(wěn)定電解生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

圖5為近幾年硫酸鎳的產(chǎn)量及系統(tǒng)鎳含量的變化。分析認(rèn)為，由于料液和環(huán)境的腐蝕性及電解系統(tǒng)鎳含量的降低，自2015年以來(lái)，反應(yīng)釜開(kāi)動(dòng)率及產(chǎn)量均略有下降，表2例舉了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

圖4 有價(jià)金屬回收率

圖5 系統(tǒng)鎳含量波動(dòng)變化

項(xiàng)目名稱單位指標(biāo)反應(yīng)釜開(kāi)動(dòng)率%>70(依電解液系統(tǒng)Ni含量確定開(kāi)動(dòng)率)二次終液日處理量m380～100鎳直收率%64～72產(chǎn)品硫酸鎳含銅%<1

3 電解生產(chǎn)的主要影響因素

3.1 陽(yáng)極板質(zhì)量的影響

由于熔煉工藝決定了陽(yáng)極板的化學(xué)成分，化驗(yàn)結(jié)果分析有滯后性，因此，一定程度上陽(yáng)極板的物理外觀以及極板懸垂度將會(huì)比較直觀的影響陰極銅質(zhì)量，而陽(yáng)極板裝槽后可依據(jù)陰極銅結(jié)晶狀況適時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，以免造成陰極銅后期質(zhì)量波動(dòng)。

3.2 陰陽(yáng)極懸垂度對(duì)比分析

生產(chǎn)過(guò)程中，銅陽(yáng)極板懸掛在電解槽內(nèi)，其懸垂度的影響因素主要來(lái)自其自身的物理特性：一是陽(yáng)極板耳部重心所在鉛垂面與陽(yáng)極板身重心所在鉛垂面之間的偏移程度；二是耳部支撐面的平整度。上述兩種因素主要通過(guò)調(diào)整陽(yáng)極板整形壓力機(jī)和確定銑耳定位基準(zhǔn)即可滿足裝槽使用[4-5]。

陰極板主要有兩種，一是種板槽生產(chǎn)的始極片，二是PC用不銹鋼陰極板。

始極片的某些物理性能如剛度、硬度、光滑度、厚度及同一片中不同部位厚度的不均勻，都會(huì)影響其在矯平、軋紋等作業(yè)的變形，使得始極片平整度降低，最終降低陰極板的懸垂度。為此需要車間提高始極片的質(zhì)量，保證始極片軟硬適度，厚薄均勻、光滑。

不銹鋼陰極板自采用以來(lái)，被證明是一種可靠的陰極銅生產(chǎn)技術(shù)，陰極板在電解精煉中的使用壽命可超過(guò)15年，因此被認(rèn)為是一種固定資產(chǎn)，而不是一種耗材，但由于使用年限及機(jī)械碰撞等綜合因素影響，陰極板的懸垂度將逐漸發(fā)生偏移[6-7]。

圖6 常規(guī)陰陽(yáng)極板懸垂度的比例范圍

圖7 PC陰陽(yáng)極板懸垂度的比例范圍

金隆電解測(cè)量陰陽(yáng)極板的懸垂度采用9點(diǎn)測(cè)量法，選取測(cè)量所得差值的最大值即為懸垂度。圖6、圖7例舉了常規(guī)和PC電解用陰陽(yáng)極板懸垂度波動(dòng)及比例范圍。以PC陰極板懸垂度為例，范圍在5 mm以內(nèi)，占比小于20%，10 mm以內(nèi)為60%，因此出裝槽極距的影響將是金隆電解長(zhǎng)期發(fā)展面臨的一大重要考驗(yàn)。

3.3 電解系統(tǒng)的影響

2013年以來(lái)，當(dāng)陽(yáng)極板中雜質(zhì)超標(biāo)時(shí)，大量的雜質(zhì)進(jìn)人電解液，使硫酸銅溶解度降低，同時(shí)會(huì)使電解液的電阻、密度和黏度都增大，陽(yáng)極泥的沉降速度減慢，增加了電解液中懸浮物(漂浮陽(yáng)極泥)的含量，加大了電解液和懸浮物對(duì)陰極銅的污染，導(dǎo)致陰極銅質(zhì)量降低。以雜質(zhì)As為例，電解液雜質(zhì)As一度高達(dá)17 g/L，陰極銅質(zhì)量明顯波動(dòng)，圖8表明電解液系統(tǒng)雜質(zhì)變化的趨勢(shì)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，如何保持系統(tǒng)雜質(zhì)平衡及銅、酸平衡，也將是電解長(zhǎng)期面臨的重要課題[9-10]。

圖8 電解系統(tǒng)雜質(zhì)As、Sb、Bi的變化趨勢(shì)

3.4 陰極銅挑揀率

陰極銅挑揀率為不合格陰極銅占全部陰極銅的比例，這項(xiàng)指標(biāo)能夠直觀的反應(yīng)電解生產(chǎn)管理、技術(shù)控制水平。圖9表明進(jìn)入2017年以來(lái)，常規(guī)及PC陰極銅挑揀率約為1%左右，通過(guò)加強(qiáng)環(huán)節(jié)梳理，補(bǔ)缺短板，精細(xì)化操作管理等，陰極銅質(zhì)量得到提升。

圖9 陰極銅挑揀率

4 結(jié)語(yǔ)

金隆電解自1997年投產(chǎn)至今，先后經(jīng)過(guò)多次技術(shù)升級(jí)和挖潛改造，最終實(shí)現(xiàn)了46萬(wàn)t的產(chǎn)能目標(biāo)。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)外日趨激烈的市場(chǎng)環(huán)境，生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)量應(yīng)與產(chǎn)量同步提升。較高的陰極銅質(zhì)量，是全體員工參與全面質(zhì)量管理的體現(xiàn)，是不斷提高品牌形象的重要保障。銅產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，影響陰極銅質(zhì)量的內(nèi)外部因素更趨于多樣性及復(fù)雜化，因此如何保持較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，將是生產(chǎn)管理者共同面臨的復(fù)雜課題。