铜电解工艺改进

铜电解工艺改进张春发,杨俊奎(青海铜业有限责任公司,青海西宁　810005)[摘　要]　某企业铜电解系统设计年产标准阴极铜5万t ,2011年4月投产㊂投产之初,由于工艺上存在一定的问题,大多数岗位操作工不熟悉,不能掌握操作要领,致使产品质量不稳定,合格率低,技术指标不达标㊂通过工艺革新和技术改造,以及强化岗位操作工的技术培训,使生产由不稳定到正常,产品质量和技术指标都达到了设计标准㊂[关键词]　铜电解;阴极铜;电解液;工艺改进[中图分类号]　TF811 [文献标志码]　B [文章编号]　1672⁃⁃6103(2018)05⁃⁃0029⁃⁃05[作者简介]张春发(1965 ),男,河北元氏人,教授级高工,从事铜冶炼技术及管理工作㊂[收稿日期]2017⁃⁃08⁃⁃211　铜电解系统设计概况铜电解系统设计规模为年产标准阴极铜5万t,采用小极板短周期常规电解工艺,电铜质量符合GB /T467 2010标准中的Cu -CATH -2标准(即国标标准阴极铜)㊂始极片采用钛母板生产,电解液净化采用连续脱铜㊁砷㊁锑㊁铋工艺,脱铜后液用搪瓷反应釜真空蒸发除镍㊂生产工艺流程见图1㊂图1　生产工艺流程图1.1　设计参数铜电解系统设计参数见表1㊂1.2　车间配置主厂房长180m,宽24m,副跨长132m,宽15m㊂配置种板槽系统(56槽)和生产槽系统(336槽)二套循环系统,每套系统独立使用一套硅整流㊂电解槽七槽为一组,可单槽断电,也可以整组断㊃92㊃　2018年10月第5期 张春发:铜电解工艺改进===============================================表1　铜电解系统设计主要参数参数名称单位数值电铜产量万t/a5电流密度A/m2260电铜品位%99.95电流效率%96残极率%17.5电铜综合电耗kwh/t350同极距mm90阳极　单重kg230　外形尺寸mm885×740×40　每槽块数41阳极周期d21阴极周期d7阴极　单重kg6　外形尺寸mm900×750　每槽块数40电解液循环量L/min40年工作日d340电,操作简单㊁安全㊂种板系统和电铜烫洗配置在厂房一侧,两条联动线机组㊁阳极板烫洗及残极挑选配置在厂房另一侧(有利于后续产能扩大需要)㊂电解液循环系统配置在副跨,电解液净化系统单独配置厂房㊂2　铜电解设备配置因选择成熟的传统生产工艺,且生产规模较小,故设备选型宗旨为简单㊁实用且造价低㊂除关键设备板式换热器采用进口外,其余均为国产㊂电解槽全部采用钢筋混凝土,槽体内衬FRP,电解液贮槽采用FRP制作,电解液输送管道采用PPR材料,阳极泥输送管道采用PE材料,电解系统主要设备见表2㊂3　生产过程实际情况铜电解系统于2011年4月20日产出第一批电解铜,但局限于当时的操作水平㊁工艺等问题,电铜出现了以下问题㊂(1)外观质量:表面粒子尤其针刺粒子多,颜色发暗,存放三天后开始发黑㊂表2　电解系统主要设备配置表名称规格数量材质备注换热器F=40m23钛进口F=15m22钛进口电解槽4400×1085×1400mm336砼衬FRP商品4400×1055×1400mm56砼衬FRP种板高位槽6600×4000×2800mm1FRP商品2500×2000×2500mm1FRP种板低位槽5400×7000×2800mm2FRP商品4500×4000×2800mm2FRP种板上清液12000×5000×2800mm1FRP商品上清液硅整流2000A×140v1商品18000A×25v1种板吊车16t3国内始极片加工机组500片/h1国内阳极板加工排列机组300片/h1国内循环泵Q=400m3/h3二用一备(卧式) Q=140m3/h2二用一备(卧式)㊃03㊃中国有色冶金 A生产实践篇·重金属　=============================================== (2)始极片质量:表面粒子尤其针刺粒子多,酥脆,只一个对折就断㊂(3)电流密度㊁电流效率设计标准为260A /m 2㊁96%,实际为180A /m 2㊁90%㊂4　工艺技术改进随着员工操作水平的提升和工艺设备的改进,投产后的第二年,标准阴极铜的合格率达到了99%,电流效率达到了96%以上,始极片合格率达到98%以上,铜电解系统已达标生产㊂具体的改进措施详述如下㊂4.1　循环方式改进4.1.1　电解槽进液方式的改进将底部进液改为上部进液㊂原设计中,电解槽内电解液循环采用的是底部进液方式,即间隔90mm 的椎12mm 小孔进液,上部二端出液的方式㊂槽底进液底管上的小孔要求对正阴极,但在实际操作中,阴阳极的距离很小,很难对正,极易引起阳极泥吸附到阴极表面㊂采取的措施:取消底管,采用一端槽头上部进液,同时在另一端加溜液袋,底部出液,循环方式改进示意图见图2㊂图2　循环方式改进示意图改进后,电解液流动方式变为上进下出方式,电铜表面粒子明显减少,操作简洁㊂但进液方式改进后,浓差极化和温度差加大,详见表3㊂表3　循环方式改变数据对比给液量/L ㊃min -1Cu 2+浓度差/L ㊃g -1温度差/℃槽电压/mV 设计方案402~30~1300改进方案346~72~3310 应对Cu 2+浓差加大㊁温差加大措施为:Cu 2+浓度由40~45L /g 提高到48~50L /g,温度维持在65℃左右㊂4.1.2　生产循环低位槽的改进原设计中,生产低位循环槽分A㊁B 两槽,电解液同时回A㊁B 槽,又同时从A㊁B 两槽中抽出,这种循环方式使电解液得不到及时沉降,空气不能及时排出,造成电铜表面从上至下长针刺粒子,且电铜上部经常出现气孔㊂生产循环低位槽原设计布置见图3㊂图3　原设计低位循环槽布置示意图改造后将高位槽溢流管,压滤回液管全部改到A 槽的一端,与电解液回液管放在一起㊂往高位槽去的上液管改到B 槽的另一端,确保低位槽中回液与出液路径最长㊂两槽的联通管增加到3根,距低位槽底部1.5米高,低位循环槽改造示意图见图4㊂图4　低位循环槽改造示意图往高位槽去的上液管低端进液口由下喇叭改为上喇叭,同时在喇叭口处加装过滤网,出液管底端进液口改造示意图见图5㊂图5　出液管底端进液口改造示意图改造后,效果显著,往高位槽去的电解液含阳极泥基本杜绝㊂4.2　废液压滤方式及滤布的改进对废液压滤方式及滤布的型号进行了改进,详见表4㊁5㊂㊃13㊃　2018年10月第5期 张春发:铜电解工艺改进===============================================表4　压滤方式改进阳极泥滤液及洗水循环电解液上清液净液返回黑酸净液返回水改进前经压滤机后,滤液进循环系统经压滤机后,滤液进循环系统直接进电解液循环系统直接进电解液循环系统改进后经二次压滤,滤液进循环系统(第二次为精细压滤)先沉降4~5小时,后精细压滤进循环系统进阳极泥储槽经精细过滤机后进循环系统表5　板框压滤机滤布调整方案原方案阳极泥和电解液循环压滤都使用涤纶500目滤布效果:电铜表面阳极泥粒子较多第一次调整阳极泥过滤用涤纶500目滤布压滤,滤液沉降10h后用小泵(10m3/h)把滤液均匀加入循环系统效果:阳极泥粒子减少,但液体占用更多容器,容器周转不便第二次调整滤布为涤纶500目,进循环系统滤布二片合为一片使用效果:阳极泥粒子基本杜绝,压滤机操作不便第三次调整阳极泥压滤机滤布为涤纶500目,进循环系统压滤机滤布为一片涤纶1000目微孔薄膜复合滤布,该滤布在使用2~3次后及时更换效果:阳极泥粒子基本杜绝,操作方便 滤布型号改进后,电解液悬浮物含量有了明显下降,详见表6㊂表6　电解液悬浮物对比表mg/L 压滤前压滤后废液24.49二块500目滤布1.47电解液16.471000目滤布1.30单层500目滤布7.734.3　种板系统的改造生产初期,种板系统一直独立运行,但存在很多问题㊂由于其电解液体积小,电解液组成不稳定,产出的铜皮经常出现脆㊁酥现象,合格率不足90%;阳极板使用第一个周期后,需要换到生产槽,增加劳动量;由于种板系统独立运行,电解液循环泵耗电量较大㊂为此进行了如下改进:(1)停用种板循环泵㊂将种板系统循环管道同生产系统循环管道联通,取消种板系统,种板系统硅整流还继续使用㊂(2)降低商品电解槽循环量㊂电解液循环量由设计值40L/min降低到34L/min㊂(3)种板槽补加胶量㊂在种板槽的槽头适量添加胶量,达到增加铜皮强度的目的㊂改进后,钛种板可随机放到任何一个新阳极板槽中,降低了劳动量,同时始极片的合格率达98%以上㊂4.4　脱铜槽改为种板槽生产始极片生产初期,由于电解液中的杂质不高,不需要启动净液车间净化电解液,但电解液中铜离子浓度始终在升高,为此要设置一定量的脱铜槽㊂在脱铜槽中,利用铜始极片做阴极产出电铜㊂这种工艺存在两个问题,第一,脱铜槽内电解液含酸浓度较高,表面酸雾与空气接触,在槽内阴极铜耳部与液面接触位置较容易发生断耳现象,形成不合格电铜,同时断耳电铜会砸槽砸设备,对玻璃钢电解槽影响较大,同时需要人工将断耳电铜捞起,岗位工人的劳动强度增大㊂第二,脱铜槽所产出电解铜不致密,表面疙瘩较多,物表质量不达标,部分板面较好可以销售的,但要降价销售,不能销售的只能二次熔炼,增加生产成本㊂为此进行了如下改进:(1)常规铜电解生产工艺中,脱铜槽中的阳极为铅板,阴极为铜始极片,现调整为用钛板作阴极㊂(2)在脱铜槽的槽头适当添加一些胶量(约100 g/t㊃Cu),增加铜皮的强度㊂(3)因钛板表面积(0.775m×0.915m)相较于铅板要大,为保证脱铜槽的电流密度,适当调整了脱铜钛板槽的极距,极距由原来的90mm改为100 mm,单槽40块阴极改为36块阴极㊂改造后,脱铜槽不再产出不合格电铜,经济效益提高,成本降低,岗位员工的劳动强度降低㊂用钛种板作阴极生产的铜皮韧性相当好,且表面平整,不易长粒子,尤其适合做阴极吊耳㊂4.5　阳极板泡洗和阳极泥冲洗方式的改进生产初期,阳极板冲洗槽与阳极泥冲洗槽合在㊃23㊃中国有色冶金 A生产实践篇·重金属　===============================================一起使用,这样做,虽然操作简单,但阳极泥中含铜却很高,通常达15%以上,且阳极泥销售过程中,铜的计价系数只能达85%,直接影响利润指标㊂改造后,阳极板泡洗后的冲洗槽与阳极泥冲洗槽分开㊂两个冲洗槽分开后,阳极泥含铜下降到了10%~15%之间,阳极泥中金㊁银品位有所提升㊂单独回收的水溶铜(铜粉)重新配料生产阳极板,提高了经济效益㊂4.6　电铜烫洗水的改进由于当地生产用水含氯较高,在200~250mg /L 之间,冬季有时高达600mg /L㊂生产初期,锅炉用水未除氯,含氯高的生产用水对铁质设备有腐蚀,使蒸汽冷凝水浑浊,导致煮洗的电铜放置2天后颜色发生变化,开始慢慢发黑发绿,影响销售利润㊂为此,锅炉用水配置一套可除氯的单级反渗透制水设备,使软化水经过该套设备处理后,含氯降到20mg /L 以下,达到使用标准㊂设备投入运行后,蒸汽冷凝水变清,煮洗后的电铜颜色鲜艳,显玫瑰红色,客户对颜色的异议彻底杜绝,销售市场好转㊂5　结论本企业铜电解精炼工序通过抓工艺改进,使产品质量得到改善,工艺指标得到了提升,促进了单位生产成本的降低,值得推广㊂[参考文献][1]　赵天从.重金属冶金学(上册)[M].北京:冶金工业出版社,1981.[2]　北京有色冶金设计研究总院等.重有色金属冶炼设计手册铜镍卷[M].北京:冶金工业出版社,1996.Improvement of copper electrolysis processZHANG Chun⁃fa,YANG Jun⁃kuiAbstract :An enterprise electrolysis system was designed to output 50000tons standard cathode copper in a year,and put into production in April 2011.At the start⁃up stage,there are some problems in the process and most oper⁃ators were not familiar to the copper electrolysis operation,leading to unstable product quality,lowering percent of pass and failing to meet technical indicators standard.With the process technological innovation and modification,and strengthen of operators technical training,production was from unstable to normal,and both product quality and technical indicators were up to design standard.Key words :copper electrolysis;cathode copper;electrolyte;process improvement(上接第28页)[参考文献][1]　代杰,金泽志,盛柏青.浅谈结焦抑制剂在奥炉的工业应用[J].有色设备,2014(6):29-33.[2]　刘安明,汪志全,刘春生,等.闪速炉锅炉烟灰清除剂应用研究[J].铜业工程,2014(2):15-19.[3]　杨述凯,杨贵严,杨思文.金川铜闪速炉喉口部结焦控制研究与实践[J].有色金属,2015(9):48-51.[4]　万军,骆袆,赵祥林.澳斯麦特熔炼炉上升烟道结焦的处理[J].中国有色金属,2015(4):22-25.[5]　张鑫,惠兴欢,朱江,等.控制艾萨炉余热锅炉过渡段结渣的生产实践[J].中国有色冶金,2013(3):12-l4.Causal analysis of coking at flue hole in copper flash smeltingprocess and its control practiceGUO Yin⁃gang,HAN Zhan⁃qi,WANG Bo⁃yi,LIANG Gao⁃xi,TIAN JingAbstract :In this paper,the impact of coking at flue hole on normal operation in copper flash smelting process is presented,and the involved reasons are analyzed.The method of eliminating coking by adjusting the amount of nat⁃ural gas and pulverized coal in burner under the action of oxygen sulfate is emphatically expounded,and the effectis obvious,the copper flash system availability is effectively improved.Key words :copper flash smelting;flue hole;coking㊃33㊃　2018年10月第5期 张春发:铜电解工艺改进===============================================。