低品位阳极大板高电流长周期铜电解生产实践.pdf

6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 4 ．0 0 2 低品位阳极大板高电流长周期铜电解生产实践 曹昌盛，史建远，昊永松，许卫，柯新安，阮吉平 大冶有色金属股份有限公司，湖北黄石4 3 5 0 0 5 摘要介绍了大冶有色金属股份有限公司冶炼厂低品位、高电流、大阳极、长周期铜电解T 艺流程的特 点，并对其主要生产经济指标进行了分析。结果表明高电流密度下，延长阴极周期不会对阴极铜质量 和电耗造成负面影响，改进辅助设备可以满足生产，作业率从9 3 ％提高到了9 5 ％左右，工人劳动强度降 低了约3 0 ％。 关键词铜电解；高电流密度；大阳极；长周期；作业率 中图分类号T F 8 1 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 4 - - 0 0 0 6 0 3 L o w ‘_ G r a d eL a r g eP a n e lH i g h - - C u r r e n ta n dL o n g - P e r i o d o fC o p p e rE l e c t r o l y s i sP r a c t i c e C A OC h a n g s h e n g ，S H IJ i a n y u a n ，W UY o n g s o n g ，X UW e i ，K EX i n a n ，R U A Nj i p i n g D a y eN o n f e r r o u sM e t a l sC o ．，L t d ．。H u a n g s h i4 3 5 0 0 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h el O W g r a d e ，h i g hc u r r e n t ，l a r g ea n o d ea n dl o n g p e r i o dc o p p e re l e c t r o l y s i sp r o c e s si nD a y e N o n f e r r o u sM e t a l sC o ．，L t d ．S m e l t e rw a si n t r o d u c e d ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm a i ne c o n o m i ci n d i c a t o r so fe l e c t r o l y s i sp r o c e s sw e r ea l s oa n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a te x t e n d i n gt h ec a t h o d ec y c l ee l e c - t r o l y t i cd i dn o th a v ean e g a t i v ei m p a c to nt h eq u a l i t ya n dp o w e rc o n s u m p t i o no fe l e c t r o l y t i cc o p p e ra n di m p r o v i n gt h ea u x i l i a r ye q u i p m e n tc o u l df u l f i l lt h en e e do fp r o d u c t i o n ，t h eo p e r a t i n gr a t e si n c r e a s e df r o m 9 3 ％t oa b o u t9 5 ％，w h i l et h el a b o ri n t e n s i t yd e c r e a s e db ya b o u t3 0 ％． K e yw o r d s C o p p e re l e c t r o l y s i s ；H i g hc u r r e n td e n s i t y ；L a r g ea n o d e ；L o n gc y c l e ；O p e r a t i n gr a t e 以贵冶、云冶、白银为代表的铜电解生产，已经 在技术条件的控制、生产管理以及机械设备方面取 得了很大进步。但国内很多工厂目前仍采用小阳 极、低电流密度、短周期及手工作业，劳动生产率不 高，劳动强度较大。目前大冶有色金属股份有限公 司阳极板铜品位一直在9 8 ．8 ％左右，杂质含量高， 因此在铜资源锐减的大环境下，研究大阳极 单重 3 6 0 ～3 7 3k g 、低品位 小于9 9 ．1 8 ％ 、高电流密度 大于2 6 5A ／m 2 、长周期 阴极周期1 2 天 电解工 艺对进一步提高作业率，降低工人劳动强度方面具 有重要的现实意义。 作者简介曹昌盛 1 9 8 4 一 ，男，湖北仙桃人，硕士研究生． 1 生产条件控制 大板系统电流最高为2 5k A ，常年控制在2 4 ．6 k A 左右，有效电流密度约2 7 0A ／m 2 。实行长周期 之后，阴极周期1 2 天，阳极周期2 4 天，每槽阴极4 7 块，阳极4 8 块。电解液流量2 0 ～2 5L ／m i n 。表1 为有代表性的1 0 个批号阳极板的化学成分，从中可 看出，铜含量最高9 9 ．1 8 ％，最低9 8 ．7 4 ％，两者相差 0 ．4 4 个百分点。由此可知，系统阳极板品位低且波 动幅度较大，所以需要经常调节吨铜添加剂的加入 量。其中按大板I 系明胶1 8 9 ～2 2 9g ，硫脲1 0 4 ～ 1 1 5g ，盐酸0 ．0 4 3 ～0 ．0 6 8L ／m 3 ；大板I I 系明胶 1 9 6 ～2 4 2g ，硫脲1 0 9 ～1 2 1g ，盐酸0 ．0 3 7 ～0 ．0 6 5 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年4 期 7 ， 2 实际生产分析 2 ．1 阴极铜产量、质量分析 实现阴极铜增产主要途径有3 条 1 提升电解 电流； 2 提高电流效率； 3 提高作业率。实行长周 期之后电流效率不变，仍然是9 8 ％，但是作业率由 9 3 ％提高到了9 5 ％左右，每月可增产阴极铜1 5 0t 以上。目前阴极铜的产量并没有提高，主要原因是 阳极板重量只有3 7 3k g 左右，且品位较低，导致第 二周期残极率较低，阳极穿孔严重，为了协调生产， 时常要压电，导致实际作业率不高，减少了阴极铜的 产量。因此有必要将阳极增加2 0k g 至3 9 2k g 左 右，避免压电情况的出现。 随着电解时间的延长，阴极铜的质量会变差，保 证1 2 天阴极铜的质量是关键，本厂采取了如下措 施 1 主循环系统采用高位槽集中供液，并用钛板 加热器及循环泵确保稳定均匀供液，所有储液罐均 为大型整体玻璃钢结构，供液主管采用耐压F R P 管 或P V C ／F R P 复合管，使得整个系统基本无漏液现 象。电解槽外壁喷有厚聚胺脂泡沫塑料保温层，内 壁和槽底分别衬有1 9 7 树脂F R P 防腐衬里，槽体保 温、绝缘性能好。下进上出住友式槽内循环方式可 以满足大容积电解槽内电解液浓度、温度的均匀性 及流量控制精度； 2 过滤系统分别采用拉罗克斯及板框过滤机 过滤电解液及阳极泥，过滤量大于97 0 01 1 3 3 ／a ； 3 始极片的生产采用热固化型F R P 作钛母板 绝缘边，绝缘性能好、强度高、寿命长、能确保始极片 的几何尺寸； 4 适当调节明胶、硫脲的加入量，已适应系统 阳极板品位低、波动幅度大的特点； 5 采用真空蒸发直接浓缩及二次重溶法生产 硫酸铜和高砷自净化及住友式连续脱铜脱砷技术对 电解液进行净化[ 1 _ 5 j ，日净液量2 0 0m 3 以上，总砷 浓度1 0 ．8 1 ～1 1 ．5 5g ／L 、铋浓度0 ．0 6 6 ～0 ．1 lg ／L 、 锑浓度0 ．1 9 ～o ．2 8g ／L 。电解过程中，阳极铜不断 溶解，电解液中的砷、铋、锑比值基本保持不变，具备 一定自净化效果[ 6 - 9 ] 。 2 0 1 0 年5 月到8 月共出铜6 3 个批次，其中A 级铜产出率9 6 ．5 ％。高电流长周期所产阴极铜板 面颜色呈玫瑰红色，阴极板面条纹较粗，耳片处有少 量硫酸铜结晶，换装时有少量阴极板面下部有阳极 泥粒子生成。主要原因有 1 阳极板杂质偏高，漂 浮在电解液中，最后粘附到阴极上，形成粒子； 2 实 行了大板阳极耳部减薄技术之后，到后期阳极垂直 度无法保证，因此要加强后期槽面管理和电解液的 净化，减少漂浮阳极泥量； 3 耳片加宽之后，少量夹 杂的硫酸铜，不易煮洗干净，需通过改善铆耳质量加 以解决。 2 ．2 电耗分析 本厂之前的电流密度在2 3 5A ／m 2 左右，吨铜 直流电单耗基本在2 7 5k W h 左右，提高电流密度 到2 6 5A ／m 2 之后，按电流密度每升高1A ／m 2 ，槽 压升高1m V 计算，电流密度按2 6 5A ／m 2 组织生 产，吨铜直流电单耗约为3 0 0k W h 。主要原因是 阳极板中的杂质含鼍较高，杂质生成阳极泥沉降时 吸附电解液中大量的有机胶质，为保证阴极铜质量， 明胶用量大幅上升，加大阴极阳极极化，造成槽电压 上升。同时，阳极板中杂质含量较高，也造成电解液 中杂质含量高，增加电解液电阻电压降。通过采取 以下措施来降低槽电压 1 采用高酸电解，并且在不影响阴极铜质量的 前提下调整添加剂的用量，慢慢提高盐酸的加入量， 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 控制电解液中H S O 。含量1 9 0g ／L 左右，C l 一含量 0 ．0 4 ～0 ．0 7 5g ／L ； 2 电解液净化生产根据电解液的杂质情况来 组织，控制电解液杂质成分为 g ／L N i ≤1 3 、A s ≤ 1 2 、S b ≤O ．9 、B i ≤0 ．1 5 ，密度≤12 3 0k g ／m 3 ； 3 加强阳极接触点的清刷及检测，降低阳极接 触电位，阴极接触电位控制在1 0m V 以下； 4 加强耳片的清洗，加强母排连接部位的坚固 及清扫，降低母排压降。通过采取措施，直流电单耗 呈逐月下降趋势，目前吨铜直流电单耗为2 9 1 ．7 4 k W h 。 2 ．3 始极片、耳片生产分析 由于种板槽和大板I 系统共用一套供电装置， 靠增减种板槽内钛板的块数来调节电流密度，一般 电流密度为2 5 0 ～2 6 5A ／m 2 ，通电2 0 ～2 1h ，始极片 理论厚度在0 ．7 1 0 ～0 ．7 1 5m m 。钛板打磨不到位， 始极片容易出现网状、厚薄不均的现象。 实行长周期阴极铜生产之后，一个阳极周期对 应的阴极周期由原来的3 个变成2 个，每月可节省 约3 万张始极片，种板槽生产富余，可将种板槽改为 生产槽，增加阴极铜的产量。 1 2 天周期阴极铜重达1 6 0 多千克，耳片必须具 有足够的承重能力，否者会出现阴极铜垮槽。本厂 在不断提高始极片质量的情况下，还采取了如下两 条措施来增加耳片的承重能力 1 将耳片加宽，耳 片宽度由5c m 增加到1 0c m ； 2 将耳片增厚，对厚 度为0 ．7 ～1m m 耳片进行试验。 2 ．4 辅助设备分析 2 ．4 ．1 行车 由于1 2 天周期阴极铜重量和厚度均增加，需对 行车进行改装才能将阴极、残极同时起吊；28 、3 8 两 台2 6t 专用行车阴极吊具均出现下绕现象。28 行 车空车阴极吊具下绕5m m ，吊1 2 天铜下绕2 0 m m ；3 8 行车空车阴极吊具下绕6m m ，吊1 2 天铜下 绕2 2m m 。目前通过改良吊具，已解决下绕现象。 2 ．4 ．2 洗涤机组 洗涤链及滑道磨损严重，洗涤链形变过长，原来 8 ～1 2 个月更换一次，现4 ～6 个月需更换一次；输 出链磨损严重，时间不长形变就较大，需调整；提升 机到翻板高度不够，1 2 天铜底部增厚，差5 ～1 0 m m ，现将高度提升，与8 天铜混出，造成8 天铜架 空，横向校正夹皮损耗严重，平均一星期就要更换一 块。 2 ．4 ．3 阴极连动线 对1m m 厚始极片做耳片进行试验，断耳现象 有所好转，但是耳片增厚后，需要调高阴极连动线的 压力，否则铆接效果不够理想，这样就会导致阴极连 动线油管爆管偏多，部分油缸漏油。其实只要加强 耳片挑选，保证厚度在0 ．7m m 以上、不发脆，断耳 现象就能很好的得到遏制。 2 ．5 作业率、劳动强度分析 以往阳极周期为2 4 天，阴极周期为8 天，一个 阳极周期内要出3 批次阴极铜。其中两次换装半组 阳极，停电时间为1 4 小时，一次不换装阳极只出铜 下片，停电作业时间为1 2 小时，一个阳极周期内需 停电时间作业4 0 小时，作业率为9 3 ％。改为阴极 周期1 2 天之后，一个阳极周期内只出2 批次铜，其 中每次各换装半组阳极，停电作业时间1 4 小时，一 个阳极周期内只需停电2 8 小时，作业率达9 5 ．1 ％， 极大的提高了作业率。与此同时，由于出铜次数减 少，职工的工作量也较以往减少了约1 ／3 ，有效地降 低了职工的劳动强度。 3结论 1 大阳极、高电流密度、长周期铜电解工艺从 工艺流程、装备水平到管理模式都有其自身的特点。 其中高砷自净化结合电积连续脱铜脱砷工艺、极板 加工机组、多功能专用吊车是具有国内先进水平的 技术及设备； 2 大冶有色金属股份有限公司冶炼厂电解用 的阳极品位低且杂，因此对电解液成分的控制、添加 剂的用量、槽面管理的要求更高，否则能耗、长周期 电铜质量不能得到很好的保证； 3 该工艺的主要优点是降低工人的劳动强度 和提高作业率，能有效地节省能耗，提高经济效益。 参考文献 E 1 ] 史建远，许卫，乐安胜，等．铜电解液高A s 自净化工业 实践[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 0 ，2 1 1 3 1 6 ． [ 2 ] X I A OF a x i n ，Z H E N GY a - j i e ，W A N GY o n g ，e ta 1 ． N o v e lt e c h n o l o g yo fp u r i f i c a t i o no fc o p p e re l e c t r o l y t e [ J ] ．T r a n s a c t i o no fN o n f e r r o u sM e t a l sS o c i e t yo fC h i n a ，2 0 0 7 ，1 7 5 1 0 6 9 1 0 7 4 ． [ 3 ] X I A OF a - x i n ，Z H E N GY a j i e ，W A N GY o n g ，e ta 1 ． P r e p a r a t i o no fc o p p e ra r s e n a t ea n di t sa p p l i c a t i o ni np u r i f i c a t i o no fc o p p e re l e c t r o l y t e [ J ] ．T r a n s a c t i o no fN o n f e r r o u sM e t a l sS o c i e t yo fC h i n a ，2 0 0 8 ，1 8 2 4 7 4 4 7 9 ． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 9 ‘ [ 4 ] X I A OF a - x i n ，Z H E N GY a j i e ，W A N GY o n g ，e t a l ． P u r i f i c a t i o nm e c h a n i s mo fc o p p e re l e c t r o l y t eb yA s I I I [ J ] ．T r a n s a c t i o no fN o n f e r r o u sM e t a l sS o c i e t yo fC h i n a ，2 0 0 8 ，1 8 5 1 2 7 5 1 2 7 9 ． [ 5 3 郑雅杰，许卫，肖发新。等．亚砷酸铜净化铜电解液工业 实验研究E J ] ．矿冶工程，2 0 0 8 1 5 1 5 4 ． [ 6 3 仇勇海，唐仁衡，陈白珍．砷化氢析出电势的探讨[ J ] ． 中国有色金属学报，2 0 0 2 ，1 0 1 1 0 1 1 0 4 ． [ 7 ] 王学文，陈启元，龙子平，等．S b 在铜电解液净化中的应 用[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 2 ，1 2 6 1 2 7 7 1 2 8 0 ． [ 8 ] 王学文．铜电解过程砷锑酸的形成及作用机理研究 [ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 3 ． [ 9 ] 肖炳瑞，苏中府，李贻煌，等．一种铜电解液净化除杂质 的方法中国，0 2 1 2 9 6 9 4 ．4 [ P ] ，2 0 0 3 0 3 0 5 ． 上接第5 页 由于高酸高温浸出和沉矾工序的高温间接加热 引起水分蒸发、电解冷却过程水分蒸发等，因此需向 系统补水才能保证系统体积平衡。一年四季由于气 温的高低、空气干燥程度的不同，每天一般向系统补 充2 0 0 ～3 0 0m 3 的水。 当然，每天向系统补充的水，是通过电解工序溶 化碳酸锶和骨胶，净化工序溶化净化药剂黄药和硫 酸铜，浸出工序溶化3 8 凝聚剂，还有洗涤高浸外排 渣 也叫铅银渣 、矾渣等过程加入的。经计算平均 每产0 ．4t 的废碱渣，需用水5m 3 ，也就是每天有 5m 3 的含氯碱液在沉矾前的预中和工序 低酸浸出 工序 进入锌湿法系统，对系统的体积平衡不会有较 大的影响。 该含氯废矾液加入前，作者对系统液体氯离子 含量进行3 次采样分析化验，平均值为 g ／L 水 0 ．0 2 5 、锌新液0 ．2 3 、锌废液0 ．2 3 、中上清0 ．2 4 、矾 上清0 ．2 4 、低浸上清液0 ．3 0 、高浸上清液0 ．3 7 、镉 上清0 ．1 7 、铜渣酸洗液0 ．1 1 。 加入后系统5 次氯离子浓度的分析结果见表 3 。 表3 氯离子含量测定结果 ● T a b l e3T h ec o n c e n t r a t i o no fc h l o r i d i o ni nd i f f e r e n ts o l u t i o n ／ g L ．1 采样日期水锌新液锌废液 中上清矾上清低上清高浸上清液镉上清铜渣酸洗液 0 ．1 3 0 ．1 4 0 ．1 5 0 ．1 4 0 ．1 6 0 ．1 4 从表3 可看出，废碱液进入锌的湿法系统，系统 中氯离子浓度变化不大。同时，我们对析出锌片含 铅情况及阳极板的单耗进行了为期一年的跟踪，和 加入前相比较，无变化。 4结论 对黄钾铁矾法湿法炼锌产生的铜镉渣、生产精 镉时产生的烧碱渣进行热水溶解并过滤，镉回收率 达到9 9 ．9 0 ％，碱液在预中和或低酸浸出工序进入 黄钾铁矾湿法炼锌系统，通过沉矾时一价阴离子的 替代作用，铜镉渣的浸出及铜渣酸洗过程等除氯，以 消除杂质氯离子的危害，钠离子得到1 0 0 ％的利用， 金属锌几乎全部得到回收。 参考文献 [ 1 ] 陈家镛，于淑秋，伍志春．湿法冶金中铁的分离与利用 [ J ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 1 1 1 5 ． 3 4 O 1 9 7 1 1 o o 0 6 1 1 O O O O O O 7 6 5 6 5 6 2 2 2 2 2 2 O O O 0 O 0 4 3 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 O O O O O Z 2 O 1 2 1 Z 2 Z 2 2 2 O O 0 O 0 O l O O 1 2 l 2 2 2 2 2 2 O 0 0 O 0 0 2 4 3 3 5 3 2 2 2 2 2 2 O 0 0 0 O O 0 4 2 2 5 3 2 Z 2 2 2 2 O O O O O O 3 O 7 6 5 4 2 2 2 2 2 2 O O 0 0 0 0 0 O 0 O O 0 毖站勰∞均豇豇量量乱平 万方数据