減少銅電解系統(tǒng)殘極斷落的生產(chǎn)實踐

劉心想

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)自2003年投產(chǎn)以來，已經(jīng)運行了16年。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴大，二系列作業(yè)量逐年升高，生產(chǎn)系統(tǒng)長周期的運行導致生產(chǎn)條件劣化現(xiàn)象嚴重，特別是在進行外購復雜物料反復生產(chǎn)實驗時［1]，導致殘極斷落現(xiàn)象異常增多。這樣需要頻繁對斷落殘極進行處理，一方面人為處理斷耳殘極增加了員工的勞動強度，存在著極大的安全隱患；另一方面斷耳殘極造成了電解設備的損壞，增加了故障的頻率，降低了設備的使用壽命，對生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和系統(tǒng)作業(yè)率產(chǎn)生直接的影響。從生產(chǎn)過程中看，降低殘極斷落數(shù)量在穩(wěn)定系統(tǒng)作業(yè)率中起到極大的作用。

2 工藝簡介

ISA法銅電解精煉是采用純凈316L不銹鋼陰極板作陰極，陽極銅板作陽極，電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液［2]。銅電解精煉過程示意圖，如圖1所示。

在陰極銅銅電解精煉過程中，兩極上的主要反應是粗銅在陽極上的溶解和銅離子在陰極上的析出。粗銅在電解液中，經(jīng)過電離作用后所剩余的部分稱作殘極。

圖1 銅電解精煉過程示意圖

3 現(xiàn)狀分析

根據(jù)實際生產(chǎn)狀況，對貴冶電解車間二系列2018年斷落殘極的情況進行分類統(tǒng)計，其中全年累計斷落殘極塊數(shù)1689塊，因陽極物料偏差、電解電流過大、電解通電時間較長、電解液位控制不當因素影響造成殘極斷落1482塊，占全部影響因素的87.74%。殘極斷落因素分析表，如表1所示。

表1 殘極斷落因素分析

從殘極斷落因素分析表中可以看出陽極物理規(guī)格偏差［3]、電解過程中電流密度過大［4]、通電時間過長、電解液液位控制時間不當四個方面，是造成殘極大量斷落的主要因素。結(jié)合生產(chǎn)實際從這四個方面著手分析，提出可行的解決方法，從而達到減少殘極斷落的目的。

4 改善實踐

4.1 設置好上機陽極板的工藝參數(shù)

ISA陽極加工機組，它具有對毛刺面朝北的陽極耳部及板面壓平、測重，測厚、銑耳（側(cè)銑和底銑）、排距及極距矯正、廢品輸出五大功能。機組作業(yè)中在控制好銅陽極中各元素的化學成分的前提下，陽極銅化學成分，如表2所示。

表2 陽極銅化學成分

要求機組加工工段嚴格按照工廠通用型陽極銅物理規(guī)格數(shù)據(jù)，通用陽極銅物理規(guī)格，如表3所示。根據(jù)生產(chǎn)實際需求進行機組基準參數(shù)設置，實現(xiàn)對每一塊上機陽極板物理規(guī)格的在線監(jiān)測，對其中不符合工藝要求的陽極板自動拒收并進行集中單獨堆放，同時對物理規(guī)格異常的陽極板及時進行原因分析，積極與熔煉車間溝通使問題在前端得到處理，從而確保每一塊電解陽極銅達到生產(chǎn)的工藝要求。通過規(guī)范機組拒收參數(shù)設置，基本上消除了前端因物料物理規(guī)格差，造成的殘極大量斷耳的情況。

表3 通用陽極銅物理規(guī)格

4.2 穩(wěn)定電解過程中電流強度

在銅電解生產(chǎn)實際過程中，電流效率是衡量電解過程的一項重要指標,而電流強度的大小對電流效率指標好壞產(chǎn)生直接影響［5]。由電流效率的定義知，電流效率是指銅電解精煉過程中，陰極上實際析出的銅量與理論析出銅量的百分比。

即 ：η =M/（Q·I·T·N×10-6）*100%

式中：η-電流效率（%），M-當日出銅電解槽實際陰極析出量（t），Q-銅的電化當量（1.18548g/A·h），I-電流強度（A）（平均），T-通電時間（h），N-電解槽個數(shù)（當日出銅槽數(shù)）。

推導得出當日出銅電解槽實際陰極析出量M=Q·I·T·N·η×10-6。在其他條件不變的情況下，電流強度I增加時，單位時間內(nèi)在陰極上析出銅量亦隨之增加，導致陽極銅電離作用加快，陽極銅的不斷溶解造成了殘極的不斷變薄，出現(xiàn)的殘極的大量斷落。

根據(jù)實際生產(chǎn)需要，在槽面電解生產(chǎn)管理的過程中，應隨時關(guān)注陽極銅的電解溶解態(tài)勢，當陽極銅溶解較快時，及時調(diào)整電流大小，從而減少出槽作業(yè)時殘極的大量斷落。

4.3 調(diào)整好電解槽通電時間

由公式：當日出銅電解槽實際陰極析出量M=Q·I·T·N·η×10-6得知，在其他條件不變的情況下，隨著通電時間t的增加，陽極上放電溶解銅量亦隨之增加，從而導致殘極不斷變薄，系統(tǒng)作業(yè)時殘極出現(xiàn)大量斷落。

由于諸多作業(yè)因素的影響，導致電解槽通電時間長短不一，應在日常作業(yè)中建立系統(tǒng)作業(yè)送電時間記錄表。槽面出槽作業(yè)停電時，根據(jù)裝槽送電時間表以裝槽作業(yè)送電時間早晚來調(diào)整出槽作業(yè)停電時間長短。在陽極銅電解后期，要密切關(guān)注殘極的變化，當發(fā)現(xiàn)殘極普遍偏薄時，應做到提前停電，可以有效地減少出槽作業(yè)時大量殘極斷落。

4.4 控制好電解液液位提放時間

在電解過程中，電解液必須不斷地循環(huán)流通，以保持電解槽內(nèi)電解液溫度均勻，濃度均勻。貴冶電解車間槽面循環(huán)方式為采用電解液與陰極板面平行流動的循環(huán)方式［6]，即槽底中央進液、槽上兩端出液的新“下進上出”循環(huán)方式，它是在電解槽底中央沿著槽的長度方向設一個進液管(PVC硬管)或在槽底兩側(cè)設兩個平行的進液管，通過沿管均布的小孔(孔距與同名極距相同)給液。排液漏斗安放在槽兩端壁上預留的出液口上，并與槽內(nèi)襯連成整體，電解液循環(huán)方式示意圖，如圖2所示。

圖2 電解液循環(huán)方式示意圖

通過在電解槽槽體兩端的出液位置安裝液位計即可調(diào)整電解液液位的高低，并按指定的提放液位時間和提放液位高度進行槽面液位提放。電解液在高液位時間過長，會導致陽極銅橫梁頂部溶解過多，殘極頂部太薄，在重力影響下造成殘極從橫梁處斷裂；電解液在低液位時間過長，會導致陽極銅上部溶解過少，造成殘極率偏大，殘極率太高就會造成返爐費用增加成本升高。因此控制好電解液在高低液位的時間至關(guān)重要。

在實際生產(chǎn)中，通過實驗效果對比來探尋最合適的電解液液位提放時間。貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)陽極銅電解周期為20天，經(jīng)2次電解后經(jīng)行車吊運至殘極機組排出。我們以陽極銅電解半周期10天為例，分別以4個電解槽為一組進行分類實驗。 其中數(shù)據(jù)如下：試驗一：4槽陽極銅單塊均重397.5kg，216塊，電解液液位提放時間為前5天高液位、中間4天低液位、最后1天高液位；試驗二：4槽陽極銅單塊均重396.8kg，216塊，電解液液位提放時間為前4天高液位、中間5天低液位、最后1天高液位；試驗三：4槽陽極銅單塊均重397.4kg，216塊，電解液液位提放時間為前3天高液位、中間6天低液位、最后1天高液位，三組試驗在同一條件下同時進行。經(jīng)過20天電解后得出數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，如表4所示。

殘極率定義為返回冶煉部分的殘極重量與同塊數(shù)的陽極重量的百分比［7]。根據(jù)殘極率定義計算殘極率，通過上述試驗數(shù)據(jù)得出試驗一較試驗二、試驗二會出現(xiàn)殘極大量斷落，試驗二和試驗三比較，結(jié)合貴溪冶煉廠殘極率的標桿指標數(shù)據(jù)，綜上數(shù)據(jù)得出試驗二是最合理的電解液液位提放時間，即電解液液位提放時間為前4天高液位、中間5天低液位、最后1天高液位。通過合理控制電解液液位在不同位置的停留時間，有效地減少了殘極的大量斷落。

表4 實驗對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計

5 效果驗證

通過以上生產(chǎn)措施實踐后，再次對貴冶電解車間二系列2018-2019年1-4月同期斷耳殘極總量進行了統(tǒng)計，如圖3所示。從圖中可以看出，2019年1-4月份斷耳殘極量，較2018年有了明顯的下降，因此上述改善措施是有效可行的。

6 結(jié)語

經(jīng)過近4個月的生產(chǎn)實踐，通過對各生產(chǎn)工藝指標和流程的優(yōu)化，極大的減少了殘極的斷落。基本上消除了在生產(chǎn)運行過程中，因殘極斷落對作業(yè)率的影響。不僅降低了員工的勞動強度，減少了員工因處理故障帶來的不安全因素，杜絕了安全事故的發(fā)生，而且縮短了系統(tǒng)作業(yè)時間，降低了系統(tǒng)交流電單耗,提高了系統(tǒng)作業(yè)率，為完成電解全年的產(chǎn)量和能耗指標提供了有利的保障。

圖3 殘極斷落總量同期對比圖