稀有金属 2006,(S2),127-129 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2006.s2.032

降低直流电单耗的生产实践

蔡光奇

大冶有色金属有限公司冶炼厂,大冶有色金属有限公司冶炼厂 湖北黄石435000,湖北黄石435000

摘 要：

介绍了影响大冶有色金属有限公司冶炼厂铜电解精炼生产过程中直流电单耗的因素, 并对这些因素进行了较为透彻的分析, 以期找出各因素之间的相互关系, 最终使直流单耗下降, 达到降低成本提高经济效益的目的。针对生产中影响直流电单耗的因素, 采取降低槽电压和提高电流效率等方法, 基本达到了在电解生产过程中降低直流电单耗和成本的目的。

关键词：

阴极铜;电解;生产成本;质量;直流单耗;

中图分类号： TF80

收稿日期：2006-08-18

Producing Practice of Reducing Single Loss of Direct-Current Electricity

Abstract：

Some factors that influence the single loss of direct-current electricity in the process of copper electrolysis refining production in the smelter of Daye nonferrous metal corporation were introduces.The factors were analyzed so as to find out their interrelations were analyzed, thus to reduce the single loss of direct-current, and realize the aim of cost saving and economic profits improvement.In view of those factors in the process of production, the methods was used reduce tank voltage and improve current efficiency to achieve those purposes, and relatively good economic profits as well as quality profits were gotten.

Keyword：

cathod copper;electrolysis;producing cost;quality;single loss of direct-current electricity;

Received： 2006-08-18

大冶有色金属有限公司冶炼厂是一家大型铜冶炼企业, 主要有阴极铜、 硫酸、 黄金、 白银等产品, 其生产的大江牌阴极铜系中国名牌产品, 阴极铜在生产过程中影响成本的有电能消耗、 电解液酸含量的消耗和管理费用等, 而电能消耗又是对成本影响最大的因素, 同时对阴极铜的质量也具有较大的影响。 为降低生产成本、 提高企业的经济效益, 将铜电解生产过程中电耗指标降下来尤其必要, 这是因为电耗指标不仅是一个单位的技术管理水平的具体反映, 还是单位成本消耗的主要因素。 为此, 我们通过对工艺参数的控制和强化操作管理等方法, 来降低直流电单耗获得了较好的经济与社会效益。

1 铜电解过程及影响铜电解直流电单耗的主要因素

铜电解过程是已浇铸好的阳极板为阳极, 已种板工序生产的始极片经压纹、 钉耳、 校平等工序制作好的阴极片为阴极相间的装入电解槽。 槽内装入硫酸及硫酸铜配置的溶液在通以直流电的工艺条件下, 阳极发生氧化反应生成二价的铜离子经电子迁移在阴极上放电析出已达到提高阳极铜纯度及回收贵金属的目的。

铜电解的直流电单耗是由槽电压和电流效率决定的, 其计算公式如下:

W=V×1031.1852×η (度/吨)

其中: W—直流电单耗; V—槽电压; η—电流效率

由上式可知: 直流电单耗与槽电压成正比, 与电流效率成反比, 依据计算公式可知, 降低直流电单耗措施, 应围绕降低槽电压和提高电效率做文章。

1.1 槽电压

槽电压为阳极电位、 阴极电位差, 电解液电阻所引起的电压降, 导体上的电压降以及槽内各接触点的电压降, 有时还包括阳极表面的阳极泥电压降的总和, 即:

V_槽=IR_液+E_反+I∑R_接

式中: V_槽-槽电压; IR_液-电解液的电压降; E_反=E_阳-E_阴 即阴、 阳极电位差; I∑R_接-电解槽各接触点上和导体上的电压损失。

在上式中, 阳极电位与阳极铜的成分关系较大, 杂质含量高的阳极, 如氧化镍、 铅、 砷、 锑、 铋、 硒、 碲的化合物以及金银等升高都能引起阳极电位升高。 阴极电位则随析出时间的延长而逐渐下降, 这是因为阴极析出时间延长后, 阴极表面粗糙, 使阴极电流密度相对减小的结果所致。

电解液电压降是槽电压的主要组成部分, 它几乎为槽电压的60%, 影响电解液电压降的因素主要是电流密度、 电解液成分、 电解液温度以及极距等。 此外, 槽电压随阳极使用时间增加而增加, 这与阳极面积显著减小而使阳极电流密度增加, 以及阳极泥层加厚有关。

1.2 电流效率

引起电流效率低的因素有: 电解过程副反应、 阴极铜化学溶解、 设备漏电以及极间短路多等因素。 电解过程中的副反应有一价铜离子的反应, 有氢离子在阴极的还原析出H₂的反应等, 这些反应在一般的生产工艺条件下, 发生的可能性较小, 因而对电效影响较小。 阴极铜在电解液中的化学溶解速度决定于电解液的温度、 酸度、 电解液中氧含量, 以及阴极在电解液中浸泡时间的长短, 通常化学溶解使电效降低0.25%～0.75%。 设备漏电包括电解槽及循环系统的漏电。 电解槽漏电是通过彼此邻近的电解槽间或通过电解槽绝缘体对地漏电, 循环系统的漏电主要通过电解液循环流动至集液槽与地面构成电路产生漏电。 阴阳极短路主要原因是由于阳极物理规格不好, 或槽面管理不细致, 导致阴阳极短路使电流效率降低。

2 降低直流电单耗的生产实践

2002年以前, 由于工艺、 管理等多方面原因, 铜直流电单耗一直居高不下, 平均直流电单耗为300 kW·h/tCu, 近两年来, 通过技术人员攻关, 直流电单耗有较大幅度降低, 2005年电耗成本大幅下降, 电效也有所提高。 统计资料见表1。

表1 2000～2006年上半年直流电耗及电效的统计与比较

Table 1 Statistics of electricity loss and efficiency

年份	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006年 上半年
直流电单耗/ (kW·h/tCu)	296	292	277	283	291	266	227
电流效率/%	94	94.2	94.5	96.8	96.5	97	97.5

在生产实践中, 实际主要采取了以下措施:

2.1 降低槽电压

2.1.1 调整电解液成分

适当提高电解液中含硫酸量, 可以使电解液导电性增加, 降低电解液的电压降, 从而降低槽电压。 目前, 国际铜冶炼行业流行高酸低铜的电解方式, 但考虑到电解液成份杂质含量较高, 如采用高酸低铜的电解模式, 在酸高时较易降低硫酸铜的溶解度导致硫酸铜在溶液中析出引起阳极钝化, 加之电解液中铋元素含量较高, 如酸度过高也将导致铋在溶液中的析出, 并有可能粘附在阴极上, 使阴极铜质量下降。 经实践, 控制硫酸含量在180 g·L^-1时, 对生产较为合适。

2.1.2 清洁接触点

槽电压的变化与电解时的操作有关, 为了摸清24 h内槽电压的波动情况, 在各生产系统每列电解槽都加装槽压表, 通过观察, 发现槽上作业、 行走, 槽电压明显升高, 而对槽面冲水及用酸洗导电排则槽压降低。 槽面冲洗及酸洗的好处:当电解时间较长时, 触点处有硫酸铜析出, 使接触状况变坏, 接触电压升高, 造成铜棒温度上升, 其表面易形成氧化膜, 电阻增加而使接触电压更高, 直接冲水可以清洁接触点, 降低接触电压, 但由于厂房设计原因, 出铜后行车要吊着残极及阴极铜从槽面上经过, 带出的电解液滴落在槽面, 使导电排上硫酸铜附着物增加, 仅用水冲槽压没有明显效果, 所以又增加了一道酸洗工序, 降压效果明显。

人在槽面上行走, 会造成阳极泥脱落, 溶液浑浊, 增加电解液电阻, 车间规定在非作业情况下严禁人员在槽面行走。

2.1.3 换好每槽残极

据测量观察, 残极槽电压平均较第一周期电解槽高0.02～0.04 V左右, 主要是由于阳极面积减小, 而使阳极电流密度增加以及阳极泥层的加厚引起的。 针对以上问题, 专门成立了一个残极班, 负责槽面残极的更换, 并采用脚踩、 手掂、 眼观、 表测等方法, 确保每一块不合格残极换下槽。

2.1.4 适当提高温度

提高电解液温度, 可以加速离子扩散, 能降低浓差极化作用, 经实验测定, 电解液在55 ℃时的导电率几乎为25 ℃时的2.5倍; 在50～60 ℃时, 温度每升高1 ℃, 电解液电阻约减少0.7%。 但过高的液温又有增加蒸汽消耗、 恶化车间劳动条件等后果, 经实践对于原有的控制液温范围, 60～65 ℃的规定, 夏天适当提高下限调整为62～65 ℃, 冬天调整液温为64～67 ℃, 同时采取覆盖等措施减少热能损失。

2.2 提高电流效率

2.2.1 减少漏电

电解液循环管道全部改为PVC塑料管, 槽体与梁柱之间用绝缘胶皮隔开绝缘效果较好。 原有的主回流管、 溜槽采用的是不锈钢接地支撑, 经常发生漏电现象, 之后在历次检修中全部采用吊环悬吊, 取消了不锈钢支撑, 基本杜绝了电解槽对地漏电现象。

2.2.2 减少短路

加强整板: 在电解过程中, 阳极飞边毛刺、 弯板都有可能造成阴、 阳极接触, 形成短路。 阳极板物理外观的好坏也是造成短路的一个重要原因。 在整板岗位明确要求, 弯板、 阳极有鼓包、 大小耳有冷隔层的阳极严格挑出不允许上槽, 确保上槽阳极外观质量。 包槽到人, 实行零短路交接班: 针对职工责任心不强, 采取包槽到人的措施即将每个班组将电解槽分到全班每一名职工, 每一名职工负责从下片到阴极铜出槽的一个周期内的全部操作过程, 并加以标记以便对质量问题朔源。

3 结束语

经过多年的生产实践, 在降低直流电单耗采取了一些措施, 并取得了效果。

控制工艺条件方面:采用中酸、 中铜低杂质的电解液较好, 控制硫酸含量应在180 g·L^-1左右较宜, 铜含量控制在45 g·L^-1较好, 尽量加大净液量保持电解液的纯净。 电解液温度应维持在较高的水平, 控制在62～67°为宜。

加强槽面管理, 减少漏电和短路, 改变管理模式提高职工责任心都是降低直流电单耗的好方法。