林 欣

(紫金銅業(yè)有限公司， 福建 龍巖 364205)

紫金銅業(yè)電解廠采用永久不銹鋼陰極工藝，設計規(guī)模年產30萬t標準陰極銅，主廠房采用雙跨結構，分東、西循環(huán)系統(tǒng)，每系統(tǒng)共四個系列，每系列8組，每組15個電解槽，共計960槽，滿負荷生產單個系統(tǒng)體積超過4 300 m3。為了保證冶煉系統(tǒng)的安全正常運行，延長冶煉設備使用壽命，降低由于設備故障導致的生產損失，熔煉廠約每兩年需進行15天左右的年中大修，閃速爐、轉爐、陽極爐停爐，電解廠配合進行相應系統(tǒng)縮、擴槽檢修作業(yè)。同時，管道的清洗、維修和更換作業(yè)會交叉進行，若生產計劃不細致，工藝調整不準確，則易導致大規(guī)模陰極銅質量問題。

自2012年投產以來，電解廠共經歷三次系統(tǒng)檢修，針對歷次縮、擴槽方案，作業(yè)流程，工藝控制條件等情況進行歸納總結，形成了一套較為完整的縮、擴槽檢修流程，通過降低生產電流，按東、西系統(tǒng)30槽交錯縮減和增擴的方式進行作業(yè)，避免了電解液各項成分變化幅度過大，保障了年修期間電解系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡，保證了陰極銅的質量和產量。

1 縮、擴槽檢修方案的制定

檢修方案的準確性、完整性和可操作性是決定每次系統(tǒng)縮、擴槽檢修順利完成的基礎[1]。縮、擴槽檢修方案包括以下幾個方面：作業(yè)項目的分類，主要分為縮、擴槽項目，清洗項目，管道項目等；各作業(yè)項目組織責任人框架，做到協(xié)調有序，分工明確；編制檢修項目安全作業(yè)規(guī)程，梳理檢查所需設備種類和工況、維修管件的材質和數量，提前安排進入施工現(xiàn)場；編制計劃進度完成表、施工質量監(jiān)督方案和應急處置方案，保證整個檢修過程的有序推進。

2 縮、擴槽主要管理措施及效果分析

2.1 陽極板的充足儲備

針對年修計劃，提前儲備充足的陽極板，合理控制縮槽速度，降低電解液成分變化幅度，避免單系統(tǒng)縮減過快、縮槽間隔過短以及縮減槽數過多(最后縮減量不能超過總數1/3)的情況出現(xiàn)。

結合實際生產情況，以2017年為例，編制預計產量計劃表推算出年修期間需出槽雙極23批，縮減360槽，用于管道清洗。則需準備庫存陽極板22組，共計6 780 t的陽極板用于縮槽期間的裝槽(22組即330槽，每槽需20.5 t陽極板)。

2.2 電流密度的準確調控

電流密度通常是指在陰極板單位有效面積上所通過的電流強度[2]。在電解槽數相同情況下，電流密度越高，產出的陰極銅越多。但電流密度提高后，若添加劑配比或其他工藝條件控制不當，會引起多種離子共同放電，造成陰極表面出現(xiàn)樹枝狀結晶或粒子，導致板間短路，電流效率下降[3-4]。

年修期間需將電流降低，防止由于縮槽作業(yè)引起的電流密度過高，而且在低電流密度條件下，添加劑、電解液成分控制更加容易，運行平穩(wěn)一段時間后，通過縮槽縮液就可以進行更充分的準備，更有利于調控。經過精密測算，將電流由原來的34 500 A降至30 000 A，即電流密度由307 A/m2降低至267 A/m2(陰極板有限面積1.01×1.028×2=2.078 m2，每槽有54塊陰極板，則電流密度為34 500÷2.078÷54=307.36 A/m2)，既可以保證任務的完成，又可以按計劃平穩(wěn)進行檢修。

2.3 結垢管道的計劃性清洗和收集

通過合理排布生產出槽計劃，縮槽管理制度，采取東、西系統(tǒng)輪流縮減一個系列，縮減后再清洗，清洗完成配合檢修安裝的原則，對電解廠管道結垢進行化學分析(表1)。由表1可知，結垢中含Au、Ag的量較多，故在地坑邊上制作過濾網，將沖洗下來的結垢及時收集清理裝袋，晾干后重新送至熔煉廠配料工段配料，回收貴金屬。結垢全部實現(xiàn)開路循環(huán)處理，減少漂浮陽極泥，保證電解液循環(huán)量達30 L/min·槽的技術要求。

表1 電解廠管道結垢元素分析

2.4 電解液中銅離子濃度準確控制

銅離子濃度對陰極銅表面質量有較大影響。如陽極銅雜質含量很高，則按銅計算的陰極電流效率會高于陽極電流效率，即在單位時間在陰極析出的銅大于從陽極上溶解的銅量，因而電解液含銅逐漸貧化。為維持正常的電解生產，則必須定期向電解液中補銅，例如硫酸銅結晶，以補充溶液中銅離子濃度的不足。反之，如陽極銅的主品位很高，雜質含量較低，則會使陰極電流效率低于陽極電流效率，使電解液中銅離子逐漸累積。在高電流密度下電解速度加快，陽極板迅速溶解，銅離子在陰極附近迅速析出，陰、陽極間銅離子濃度梯度迅速增大，濃差極化增大，使陰極易長粒子。適當提高電解液的銅含量可減緩銅離子濃度梯度，使陰極沉積物致密。含銅量不斷上升，電解液阻值也將不斷增大，致使電解過程槽電壓升高[5]。此外，由于硫酸銅在硫酸溶液中有一定的溶解度，當含銅量超過其溶解度或因電解液的溫度下降時，硫酸銅就可能從電解液中結晶，附于輸液管道和陰、陽極板以及電解槽內壁，影響正常的電解作業(yè)。生產經驗確定銅離子濃度最好控制在45～50 g/L之間。

年修前一個月至少儲備500 t以上的硫酸銅，每天化驗3次銅離子濃度，出現(xiàn)低于40 g/L時，要結合參與循環(huán)、外排總量測算出所需硫酸銅量，并將其稀釋重溶返回上清液槽，使得銅離子及時快速回到循環(huán)系統(tǒng)中，縮槽后在最短的時間內提升電解液中的銅離子濃度，維持系統(tǒng)中銅離子濃度的平衡穩(wěn)定。此外，充足的硫酸銅儲備，也可作為擴槽時的電解液配料劑，以提高擴槽速度。

2.5 添加劑用量的準確測算

銅電解添加劑包括骨膠、硫脲和鹽酸，它們以少量加入電解液中，起著調節(jié)沉積物物理性質的作用，如光澤度、平滑度、硬度或韌性等。添加劑的用量和配比要根據原料情況、各項工藝技術參數以及實際觀察到的陰極銅質量變化進行相應的調整[6-7]。

加膠量不足時，不能充分發(fā)揮膠質對粒子生長的抑制作用，會在陰極板身上長粒子，這種粒子是尖頭棱角形的，可相對均勻地分布于整個板身。隨著膠量的增加，這種粒子逐漸變圓，直到消失。加膠量過大時，膠抑制陰極表面尖端棱角優(yōu)先生長的作用被消弱了，陰極銅表面生長的粒子呈圓頭狀，與陰極基體的接觸面積較大，極難擊落。陰極的整個板身都吸附有相當數量的膠質，不僅會產生陰極銅分層現(xiàn)象，而且使整個陰極的基體結構都很致密。

硫脲加入量少時，易在陰極表面有亮晶，結晶疏松；但加入量過多時，又使陰極銅表面出現(xiàn)粗條紋狀結晶，嚴重時出現(xiàn)粗結晶粒子。

加鹽酸不適當情況下，氯離子濃度過小時，往往在陰極上出現(xiàn)魚鱗狀光亮的灰白粒子，這種粒子與陰極銅接觸處是一點，中間大，頭是尖的，并且生長很快；氯離子濃度過大時，易在陰極表面生長針狀粒子，若氯離子濃度減小，此粒子逐漸變圓直至消失。

年修期間管道清洗采用兩臺清洗機同時作業(yè)，平均每臺清洗機用水量15 m3/h，需耗水240 m3/d，大量的洗滌水容易進入系統(tǒng)，致使電解液體積和成分出現(xiàn)較大波動，原添加劑平衡體系被打破，板身極易出現(xiàn)大面積密集粒子。針對此情況，采取洗滌水抽出開路的方式，將洗滌水經地坑中過濾網過濾后通過泵抽送入廢酸池內，及時回收洗滌水，避免進入系統(tǒng)破壞水平衡。根據電解液黏度、新通電陰極銅上的生產情況和沉積物狀況作為調節(jié)添加劑的加入量依據，考慮前期部分水已經進入系統(tǒng)，補充部分底膠，維持系統(tǒng)體積平衡和陰極銅質量的穩(wěn)定，維持體系平衡和陰極銅質量的穩(wěn)定。組織工藝技術人員將添加劑的判斷加量形成經驗并進行總結，但通過人工判斷控制添加劑量具有一定的滯后性和不穩(wěn)定性，調節(jié)量可能偏離最佳值。最好將膠溶度、陰極過電位或者電導率實現(xiàn)在線檢測，得出在不同電解條件時添加劑的最佳量，將添加劑的控制由滯后調節(jié)變?yōu)槌翱刂疲笇a的調節(jié)方向。

2.6 系統(tǒng)體積的穩(wěn)定控制

縮槽時陰極板不允許在電解液中浸泡，避免有機物在板面上附著，造成底部不長銅，形成孔洞板。通過將第一槽陰極板全部調整至陽極位，定位錐保持固定位置，底槽陰極板導電端上方墊條形方木，對奧地利昆茨行車實行陰極鉤手、自動切換開鉤方式，即可實現(xiàn)放兩槽陰極板。有效節(jié)省了縮槽時陰極板的放置問題，避免放置在電解液中浸泡?？粘龅牟圩涌蓛Υ婕s一半電解液，其余部分進入平衡槽進行儲存，少部分則通過進液脫銅后開路至硫酸廢酸處理。

以出裝槽作業(yè)與起點作業(yè)時間分別采用靜、動態(tài)體積作為衡量標準應對突發(fā)狀況。精確計算槽存體積，區(qū)別制定計算標準，通過細致分析和精細操作，達到了精確控制的目的。再以倒返液均衡比(按東、西系統(tǒng)倒、返液量各自差值與各自總平均的比值)、當班總體積對班組落實考核指標，督促班組均衡倒返液并嚴格控制體積失衡后的膨脹，控制好系統(tǒng)中電解液成分。從圖1、圖2可知，隨著生產經驗的積累，積分考核制度及檢修方案的完善，2017年7月整月檢修期間，倒液差值僅為9 m3，返液差值僅為59 m3，均達到了歷年來最好水平。

圖1 倒液數據

圖2 返液數據

2.7 系統(tǒng)擴槽循環(huán)的穩(wěn)定開啟

在系統(tǒng)開始擴槽開循環(huán)時，應先對槽內儲液進行自加液自循環(huán)，合理控制各儲槽液位，將平衡槽內液逐步打入循環(huán)系統(tǒng)，使得較冷的電解液充分混合循環(huán)，使循環(huán)系統(tǒng)的電解液保持均勻性。此外，承裝電解液擦槽子液較臟，陽極泥較多，需要足夠的沉降時間。循環(huán)至少3 h以上，電解液溫度是送電的最根本條件(本廠要求槽內58 ℃以上)，由于循環(huán)剛開始時電解液溫度下降過快，需將待通電電解槽全部蓋上彩條布，以提升板式換熱器溫度，逐步滿足30槽擴液需求。若要盡快滿足正常送電要求，必須加大加熱升溫力度，系統(tǒng)可先用低電流送電，待溫度上升至送電溫度時，再提升至生產電流，一般將電流值設置為平時電流0.6倍開循環(huán)較為適宜。

3 歷次年修陰極銅質量

本廠自生產以來共經歷三次較大的系統(tǒng)性縮、擴槽年修。由表2可以看出，初次縮擴槽年修，由于縮槽數較少，并且生產經驗不足，方案未完善落實，雖然縮槽數量最少，但產出廢銅率最高，達到8.54%。通過不斷積累實踐經驗，優(yōu)化檢修方案，嚴格控制倒返液均衡比，精準調控各項工藝條件，至2017年第三次年修結束，陰極銅廢板率不斷降低，達歷年最低1.92%，保證了生產穩(wěn)定運行，提升了陰極銅質量。

表2 歷次年修年修槽數和廢銅率

4 結語

本廠2017年年修期間完成了縮槽6個系列(720槽)管道結垢清洗及縮、擴槽滿負荷生產的任務，嚴格落實了上級的工作部署。通過歷次檢修經驗總結，本廠對年修期間的各種問題提出了相應的解決措施，穩(wěn)定了陰極銅質量，降低了生產成本，進而提升了公司品牌形象和經營效益，并且為其他銅冶煉行業(yè)電解廠檢修作業(yè)提供了借鑒參考。