張春發(fā)， 楊俊奎

(青海銅業(yè)有限責任公司， 青海 西寧 810005)

1 銅電解系統(tǒng)設計概況

銅電解系統(tǒng)設計規(guī)模為年產(chǎn)標準陰極銅5萬t，采用小極板短周期常規(guī)電解工藝，電銅質(zhì)量符合GB/T467—2010標準中的Cu- CATH- 2標準(即國標標準陰極銅)。始極片采用鈦母板生產(chǎn)，電解液凈化采用連續(xù)脫銅、砷、銻、鉍工藝，脫銅后液用搪瓷反應釜真空蒸發(fā)除鎳。生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

1.1 設計參數(shù)

銅電解系統(tǒng)設計參數(shù)見表1。

1.2 車間配置

主廠房長180 m，寬24 m，副跨長132 m，寬15 m。配置種板槽系統(tǒng)(56槽)和生產(chǎn)槽系統(tǒng)(336槽)二套循環(huán)系統(tǒng)， 每套系統(tǒng)獨立使用一套硅整流。

電解槽七槽為一組，可單槽斷電，也可以整組斷電，操作簡單、安全。

表1 銅電解系統(tǒng)設計主要參數(shù)

種板系統(tǒng)和電銅燙洗配置在廠房一側(cè)，兩條聯(lián)動線機組、陽極板燙洗及殘極挑選配置在廠房另一側(cè)(有利于后續(xù)產(chǎn)能擴大需要)。

電解液循環(huán)系統(tǒng)配置在副跨，電解液凈化系統(tǒng)單獨配置廠房。

2 銅電解設備配置

因選擇成熟的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，且生產(chǎn)規(guī)模較小，故設備選型宗旨為簡單、實用且造價低。除關鍵設備板式換熱器采用進口外，其余均為國產(chǎn)。電解槽全部采用鋼筋混凝土，槽體內(nèi)襯FRP，電解液貯槽采用FRP制作，電解液輸送管道采用PPR材料，陽極泥輸送管道采用PE材料，電解系統(tǒng)主要設備見表2。

3 生產(chǎn)過程實際情況

銅電解系統(tǒng)于2011年4月20日產(chǎn)出第一批電解銅，但局限于當時的操作水平、工藝等問題，電銅出現(xiàn)了以下問題。

(1)外觀質(zhì)量: 表面粒子尤其針刺粒子多，顏色發(fā)暗，存放三天后開始發(fā)黑。

表2 電解系統(tǒng)主要設備配置表

(2)始極片質(zhì)量: 表面粒子尤其針刺粒子多，酥脆，只一個對折就斷。

(3)電流密度、電流效率設計標準為260 A/m2、96%，實際為180 A/m2、90%。

4 工藝技術改進

隨著員工操作水平的提升和工藝設備的改進，投產(chǎn)后的第二年，標準陰極銅的合格率達到了99%，電流效率達到了96%以上，始極片合格率達到98%以上，銅電解系統(tǒng)已達標生產(chǎn)。具體的改進措施詳述如下。

4.1 循環(huán)方式改進

4.1.1 電解槽進液方式的改進

將底部進液改為上部進液。原設計中，電解槽內(nèi)電解液循環(huán)采用的是底部進液方式，即間隔90 mm的Φ12 mm小孔進液，上部二端出液的方式。槽底進液底管上的小孔要求對正陰極，但在實際操作中，陰陽極的距離很小，很難對正，極易引起陽極泥吸附到陰極表面。采取的措施：取消底管，采用一端槽頭上部進液，同時在另一端加溜液袋，底部出液，循環(huán)方式改進示意圖見圖2。

圖2 循環(huán)方式改進示意圖

改進后，電解液流動方式變?yōu)樯线M下出方式，電銅表面粒子明顯減少，操作簡潔。但進液方式改進后，濃差極化和溫度差加大，詳見表3。

表3 循環(huán)方式改變數(shù)據(jù)對比

應對Cu2+濃差加大、溫差加大措施為：Cu2+濃度由40～45 L/g提高到48～50 L/g，溫度維持在65 ℃左右。

4.1.2 生產(chǎn)循環(huán)低位槽的改進

原設計中，生產(chǎn)低位循環(huán)槽分A、B兩槽，電解液同時回A、B 槽，又同時從A、B兩槽中抽出，這種循環(huán)方式使電解液得不到及時沉降，空氣不能及時排出，造成電銅表面從上至下長針刺粒子，且電銅上部經(jīng)常出現(xiàn)氣孔。生產(chǎn)循環(huán)低位槽原設計布置見圖3。

圖3 原設計低位循環(huán)槽布置示意圖

改造后將高位槽溢流管，壓濾回液管全部改到A槽的一端，與電解液回液管放在一起。往高位槽去的上液管改到B槽的另一端，確保低位槽中回液與出液路徑最長。兩槽的聯(lián)通管增加到3根，距低位槽底部1.5米高, 低位循環(huán)槽改造示意圖見圖4。

圖4 低位循環(huán)槽改造示意圖

往高位槽去的上液管低端進液口由下喇叭改為上喇叭，同時在喇叭口處加裝過濾網(wǎng), 出液管底端進液口改造示意圖見圖5。

圖5 出液管底端進液口改造示意圖

改造后，效果顯著，往高位槽去的電解液含陽極泥基本杜絕。

4.2 廢液壓濾方式及濾布的改進

對廢液壓濾方式及濾布的型號進行了改進，詳見表4、5。

表4 壓濾方式改進

表5 板框壓濾機濾布調(diào)整方案

濾布型號改進后，電解液懸浮物含量有了明顯下降，詳見表6。

表6 電解液懸浮物對比表 mg/L

4.3 種板系統(tǒng)的改造

生產(chǎn)初期，種板系統(tǒng)一直獨立運行，但存在很多問題。由于其電解液體積小，電解液組成不穩(wěn)定，產(chǎn)出的銅皮經(jīng)常出現(xiàn)脆、酥現(xiàn)象，合格率不足90%；陽極板使用第一個周期后，需要換到生產(chǎn)槽，增加勞動量；由于種板系統(tǒng)獨立運行，電解液循環(huán)泵耗電量較大。為此進行了如下改進：

(1)停用種板循環(huán)泵。將種板系統(tǒng)循環(huán)管道同生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)管道聯(lián)通，取消種板系統(tǒng)，種板系統(tǒng)硅整流還繼續(xù)使用。

(2)降低商品電解槽循環(huán)量。電解液循環(huán)量由設計值40 L/min降低到34 L/min。

(3)種板槽補加膠量。在種板槽的槽頭適量添加膠量，達到增加銅皮強度的目的。

改進后，鈦種板可隨機放到任何一個新陽極板槽中，降低了勞動量，同時始極片的合格率達98%以上。

4.4 脫銅槽改為種板槽生產(chǎn)始極片

生產(chǎn)初期，由于電解液中的雜質(zhì)不高，不需要啟動凈液車間凈化電解液，但電解液中銅離子濃度始終在升高，為此要設置一定量的脫銅槽。在脫銅槽中，利用銅始極片做陰極產(chǎn)出電銅。這種工藝存在兩個問題，第一，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，同時斷耳電銅會砸槽砸設備，對玻璃鋼電解槽影響較大，同時需要人工將斷耳電銅撈起，崗位工人的勞動強度增大。第二，脫銅槽所產(chǎn)出電解銅不致密，表面疙瘩較多，物表質(zhì)量不達標，部分板面較好可以銷售的，但要降價銷售，不能銷售的只能二次熔煉，增加生產(chǎn)成本。為此進行了如下改進：

(1)常規(guī)銅電解生產(chǎn)工藝中，脫銅槽中的陽極為鉛板，陰極為銅始極片，現(xiàn)調(diào)整為用鈦板作陰極。

(2)在脫銅槽的槽頭適當添加一些膠量(約100 g/t·Cu)，增加銅皮的強度。

(3)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，適當調(diào)整了脫銅鈦板槽的極距，極距由原來的90 mm改為100 mm，單槽40塊陰極改為36塊陰極。

改造后，脫銅槽不再產(chǎn)出不合格電銅，經(jīng)濟效益提高，成本降低，崗位員工的勞動強度降低。用鈦種板作陰極生產(chǎn)的銅皮韌性相當好，且表面平整，不易長粒子，尤其適合做陰極吊耳。

4.5 陽極板泡洗和陽極泥沖洗方式的改進

生產(chǎn)初期，陽極板沖洗槽與陽極泥沖洗槽合在一起使用，這樣做，雖然操作簡單，但陽極泥中含銅卻很高，通常達15%以上，且陽極泥銷售過程中，銅的計價系數(shù)只能達85%，直接影響利潤指標。

改造后，陽極板泡洗后的沖洗槽與陽極泥沖洗槽分開。兩個沖洗槽分開后，陽極泥含銅下降到了10%～15%之間，陽極泥中金、銀品位有所提升。單獨回收的水溶銅(銅粉)重新配料生產(chǎn)陽極板，提高了經(jīng)濟效益。

4.6 電銅燙洗水的改進

由于當?shù)厣a(chǎn)用水含氯較高，在200～250mg/L之間，冬季有時高達600 mg/L。生產(chǎn)初期，鍋爐用水未除氯，含氯高的生產(chǎn)用水對鐵質(zhì)設備有腐蝕，使蒸汽冷凝水渾濁，導致煮洗的電銅放置2天后顏色發(fā)生變化，開始慢慢發(fā)黑發(fā)綠，影響銷售利潤。

為此，鍋爐用水配置一套可除氯的單級反滲透制水設備，使軟化水經(jīng)過該套設備處理后，含氯降到20 mg/L以下，達到使用標準。

設備投入運行后，蒸汽冷凝水變清，煮洗后的電銅顏色鮮艷，顯玫瑰紅色，客戶對顏色的異議徹底杜絕，銷售市場好轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

本企業(yè)銅電解精煉工序通過抓工藝改進，使產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，工藝指標得到了提升，促進了單位生產(chǎn)成本的降低，值得推廣。