□文/張春發(fā)

巴彥淖爾西部銅材有限公司

銅電解精煉車間設(shè)計(jì)方案探討

Disscussion of the Electrolytic Re fi ning of Copper Plant Design Scheme

□文/張春發(fā)

巴彥淖爾西部銅材有限公司

銅電解精煉即在陽(yáng)極上的銅溶解，到陰極上析出，同時(shí)陽(yáng)極上的雜質(zhì)溶解或沉淀到電解液或槽底的一個(gè)電化學(xué)過程。電解精煉就是一個(gè)提純和貴金屬富集的過程。一般的生產(chǎn)企業(yè)陰極銅是終端產(chǎn)品，由于該產(chǎn)品的生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，達(dá)7～10天，所以，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將會(huì)有大批量的陰極銅報(bào)廢，給企業(yè)帶來不可估量的損失。更有甚者，有的企業(yè)由于銅電解車間在設(shè)計(jì)過程中局部工藝或設(shè)備選型不合理，造成了開工即停產(chǎn)改造的后果。下面就傳統(tǒng)法銅電解車間在設(shè)計(jì)過程中幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與同行分享。

一、車間平面布置

1.車間在設(shè)計(jì)時(shí)如一步達(dá)產(chǎn)

建議陰、陽(yáng)極加工機(jī)組選在車間的中間部位，車間一端二樓平臺(tái)留24米的操作空間，供始極片加工或出殘極、陰極銅之用；另一端留18米的操作空間，供出殘極、陰極銅之用。這種布局可以達(dá)到陰、陽(yáng)極從車間中部入槽，殘極和陰極銅從兩側(cè)出去，操作順暢的效果，工作效率高。

2.車間在設(shè)計(jì)時(shí)，如需分一、二期工程達(dá)產(chǎn)

建議陰、陽(yáng)極加工機(jī)組放在車間預(yù)留的一端，第二期工程建設(shè)時(shí)兩極加工機(jī)組可以剛好放在中間的位置，供第一、二期項(xiàng)目共同使用。第一期工程設(shè)計(jì)時(shí)車間兩端都要設(shè)置陰極銅燙洗槽和殘極沖洗槽。

3.副跨設(shè)計(jì)

副跨盡量選在主跨車間中部位置，主、副跨之間距離6~8米即可?？紤]電解車間工作的特殊性，建議在副跨應(yīng)考慮設(shè)置車間辦公室、維修間、職工更衣室、沐浴間及衛(wèi)生間。

二、工藝選擇

到目前為止，銅電解工藝分為常規(guī)電解法和永久性電解法。常規(guī)電解法即生產(chǎn)始極片工藝，這種工藝適合生產(chǎn)規(guī)模100k t/a及以下的企業(yè)，這種工藝目前成熟，一次性投資少，設(shè)備基本國(guó)產(chǎn)化，操作技能易掌握。永久性電解法工藝即不生產(chǎn)始極片工藝，該工藝采用316L不銹鋼做永久陰極，省去了始極片制作工序，工藝簡(jiǎn)單，該工藝的缺點(diǎn)是一次性投資大，這種工藝適合生產(chǎn)規(guī)模150k t/a及以上的企業(yè)。

傳統(tǒng)電解法和永久性電解法指標(biāo)對(duì)比表如表1。

表1 永久性電解法和傳統(tǒng)法的技術(shù)指標(biāo)比較（10萬噸）

建議生產(chǎn)規(guī)模100kt/a的電解工藝選用傳統(tǒng)電解工藝為佳。

三、主要設(shè)備選擇

1.電解槽及防腐材料

電解槽基體采用鋼筋混凝土材質(zhì)。到目前為止，國(guó)內(nèi)電解槽防腐材料較常用的主要有乙烯基樹脂、197＃不飽和樹脂、環(huán)氧樹脂等，前兩種樹脂基本上屬于不飽和樹脂類，但乙烯基樹脂還具有一些飽和樹脂特性，在防收縮方面性能優(yōu)于197＃樹脂，其他性能和197＃樹脂相近，雖價(jià)格昂貴，但應(yīng)用比197＃樹脂廣泛，這兩種樹脂顯著優(yōu)點(diǎn)是在使用時(shí)配料簡(jiǎn)單，操作方便。其缺點(diǎn)是固化收縮率較大，成品極易跟水泥基體分開、脫殼，所以施工時(shí)對(duì)每道工序的要求很嚴(yán)格。環(huán)氧樹脂在銅電解車間應(yīng)用其耐酸、耐溫性能都能達(dá)到工藝要求，其顯著優(yōu)點(diǎn)就是固化收縮率較小，跟水泥結(jié)合比較牢固，粘結(jié)力大，不易脫殼。其缺點(diǎn)是樹脂在使用時(shí)需加溫配料，操作程序繁瑣。這三種樹脂性能如表2。

表2 三種樹脂性能比較

表3 三種材質(zhì)管道性能比較

鑒于以上對(duì)比，建議：第一，使用環(huán)氧樹脂做電解槽防腐材料；第二，用環(huán)氧樹脂做底涂層，乙烯基樹脂做加固外層。

2.電解液循環(huán)管道

循環(huán)管道材質(zhì)目前常用的有玻璃鋼、硬聚氯乙烯（UPVC）增強(qiáng)聚丙烯（FRPP）等。這三種材質(zhì)都有很好的耐酸性，但在抗伸縮性能上玻璃鋼明顯優(yōu)于后兩種材質(zhì)。性能比較見表3。

根據(jù)多家企業(yè)使用情況，建議電解液循環(huán)管道使用增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)，其抗衰老性能、耐熱性能、抗撞擊強(qiáng)度性能等都優(yōu)于UPVC材質(zhì)，而工程造價(jià)和UPVC相近，且優(yōu)于玻璃鋼。在施工時(shí)采用熱熔、焊接均可。在循環(huán)泵和高位槽之間由于考慮開、停泵而易引起管道劇烈顫動(dòng)，建議該段管道材質(zhì)采用不銹鋼316L材質(zhì)或鈦材質(zhì)。

主跨內(nèi)的供液和回液管道應(yīng)全部放在平臺(tái)槽下，絕對(duì)禁止放在二樓平臺(tái)中間走道上，防止被撞壞，便于槽面操作。

3.泵的選擇

電解車間循環(huán)泵大都采用臥式離心泵或立式液下泵。臥式離心泵需設(shè)置平臺(tái)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，占地面積大，臥式泵在停用期間，泵及管道內(nèi)有硫酸銅結(jié)晶，影響下次使用，如果貯槽漏液嚴(yán)重或在突然停電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電解液淹沒泵體。建議使用立式液下泵，泵直接放置于貯槽上方經(jīng)防腐處理的鋼平臺(tái)上，葉輪距離泵底盤1.2～1.5米高度，如需加長(zhǎng)，葉輪下面可用法蘭延長(zhǎng)液吸入管，此種方法可以防止軸過長(zhǎng)而引起泵運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象。同時(shí)在吸入口要放置一個(gè)體積在1m3左右篩網(wǎng)，防止固體物質(zhì)吸入葉輪內(nèi)，損壞葉輪。

同時(shí)要考慮泵在安裝或更換時(shí)方便的起吊及運(yùn)出方式。

4.通風(fēng)設(shè)施的選擇

低位槽、高位槽、事故槽等各種電解液貯槽要做到全封閉設(shè)計(jì)，槽上部應(yīng)留人孔，進(jìn)出液孔。有的企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)為了排除酸霧，在每個(gè)儲(chǔ)槽上面留通風(fēng)口，所有通風(fēng)口用玻璃鋼管道相連，用玻璃鋼風(fēng)機(jī)抽酸霧進(jìn)酸霧凈化塔，經(jīng)酸堿中和及重離子過濾處理后達(dá)標(biāo)排放。這種工藝在實(shí)際生產(chǎn)中浪費(fèi)較大。建議在設(shè)計(jì)時(shí)取消排風(fēng)管道和酸霧凈化塔及玻璃鋼管道，在每個(gè)高位槽上部留1~2個(gè)通風(fēng)孔，孔上安裝蝶閥，平時(shí)關(guān)閉，開、停泵時(shí)及時(shí)打開，防止槽內(nèi)形成真空而損壞槽體。

副跨兩側(cè)的墻上不用留排風(fēng)機(jī)，靠可以自由推拉的窗戶通風(fēng)即可。但整流室及配電室要考慮通風(fēng)散熱，排風(fēng)機(jī)外側(cè)要加擋風(fēng)板，防止不用時(shí)灰塵倒吹進(jìn)室內(nèi)，同時(shí)也起到了保溫作用。

電解主跨的通風(fēng)靠?jī)蓚?cè)墻上及頂部的可以自由推拉的天窗完全可以滿足需要。

5.陰、陽(yáng)極機(jī)組的選取

（1）陰極加工機(jī)組

由于選用傳統(tǒng)法電解工藝，陰極加工機(jī)組的選擇尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)有相當(dāng)部分企業(yè)只選用始極片釘耳機(jī)，雖做出的陰極質(zhì)量不錯(cuò)，但勞動(dòng)強(qiáng)度較大，崗位定員多，而也有部分企業(yè)用釘耳機(jī)制作出陰極表面不平直，掛耳不對(duì)正，導(dǎo)致質(zhì)量不好，而用陰極機(jī)組則效果很好，陰極表面平直，掛耳對(duì)正，人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，但其缺點(diǎn)是機(jī)組維修力量要求專職，崗位人員要求具有熟練的操作水平。

目前，國(guó)產(chǎn)陰極機(jī)組已在部分企業(yè)應(yīng)用，比較成功，建議只要條件許可，陰極機(jī)組應(yīng)考慮采用。

（2）陽(yáng)極機(jī)組

由于陽(yáng)極板在出模時(shí)彎曲或在運(yùn)輸過程中碰撞等原因極易造成陽(yáng)極板的不平，沒有平板設(shè)備或陽(yáng)極整形機(jī)組的企業(yè)只能靠人工用大錘單塊平直，同時(shí)，往外挑選彎曲陽(yáng)極板過程比較繁瑣，占用操作時(shí)間，而陽(yáng)極板上準(zhǔn)備架后則必須用大錘逐塊校直耳部，勞動(dòng)強(qiáng)度大，崗位占用定員多。

建議陽(yáng)極加工系統(tǒng)可采用陽(yáng)極加工機(jī)組來處理為佳。

四 電解液循環(huán)方式的選擇

1.電解槽內(nèi)電解液循環(huán)方式的選擇

到目前為止，電解槽內(nèi)電解液循環(huán)方式主要有：一端進(jìn)液而另一端出液的上進(jìn)下出和下進(jìn)上出二種方式、上部?jī)蓚?cè)進(jìn)液底兩端出液、底進(jìn)液上部?jī)蓚?cè)出液方式，后兩種方式在大極板、大極距、大電解槽應(yīng)用較多，而對(duì)于電解槽在5～5.5米以下的、同極距在95mm以下的電解液循環(huán)方式建議用傳統(tǒng)法循環(huán)方式，即一端進(jìn)液而另一端出液，至于選擇上進(jìn)液還是下進(jìn)液方式，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響不是很大。

2.電解液循環(huán)管道的設(shè)計(jì)

循環(huán)管道及低位槽的設(shè)計(jì)要有利于電解液的沉降。電解液回低位槽時(shí)進(jìn)第一個(gè)，從第二個(gè)抽出，二個(gè)槽體使用高于槽底0.8~1.0米的中間管道聯(lián)通。而電解液高位槽溢流管、壓濾回液管、硫酸加入管、補(bǔ)水管等全部放在第一個(gè)槽內(nèi)，如現(xiàn)場(chǎng)條件允許，二個(gè)低位槽做成長(zhǎng)方形，使電解液流動(dòng)由紊流變?yōu)閷恿?，有利于氣體溢出和陽(yáng)極泥的沉降，同時(shí)泵的吸入端距槽底留有0.5米以上的距離，防止陽(yáng)極泥從泵頭被吸入。

如低位槽只設(shè)一個(gè)，在泵的吸入口前部設(shè)0.5~0.8米高的隔墻，有利于陽(yáng)極泥的沉降。

五、陰、陽(yáng)極的匹配設(shè)計(jì)

1.鈦種板的尺寸設(shè)計(jì)

一般的設(shè)計(jì)資料介紹：陰極比陽(yáng)極長(zhǎng)25~45mm，寬35~55mm，如果陰極比陽(yáng)極長(zhǎng)、寬太多，則陰極四邊易變薄易酥脆。如果考慮始極片裁邊，建議剛剝下的始極片比陽(yáng)極板寬25~30mm，裁邊后寬10mm即可；始極片比陽(yáng)極板長(zhǎng)25~30mm，裁邊后長(zhǎng)5~10mm即可；鈦板電積面上沿比陽(yáng)極板高10mm，確保始極片上邊、底邊兩邊不酥脆或不長(zhǎng)唇邊。

2.陽(yáng)極板掛耳的設(shè)計(jì)

陽(yáng)極板掛耳主要有等耳和不等耳兩種方式，通過多家企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，這兩種方式使用特點(diǎn)如下：

不等耳，其缺點(diǎn)有：第一，陰、陽(yáng)極對(duì)正比較困難，非常容易造成陰極銅邊部厚薄不均，槽間導(dǎo)電棒下墊的橡膠板需做成異形，制作困難；第二，單槽斷電時(shí)需在槽兩頭搭短路銅排，如接觸點(diǎn)清擦不干凈，斷路時(shí)極易打火，損壞導(dǎo)電棒、銅排，這種方式橡膠板和導(dǎo)電銅排損傷比較嚴(yán)重。

等耳，其優(yōu)點(diǎn)是陰、陽(yáng)極對(duì)正比較容易，單槽斷電時(shí)，槽兩頭用兩塊陽(yáng)極板把兩側(cè)銅排短接即可，如電流過大，用輔助短接銅排可以徹底解決這一問題。其缺點(diǎn)是槽間導(dǎo)電銅排下鋪的絕緣板易損壞。

建議陽(yáng)極板掛耳采用等耳較好。

略