金隆公司20万吨电解工艺方案论证与选择.pdf

2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 金隆公司2 0 万吨电解工艺方案论证与选择 黄辉荣 南京理工大学，江苏南京2 1 0 0 0 0 摘要对大极板常规电解工艺与永久不锈钢阴极电解工艺进行了综合分析、比较与论证，倾向于选择永 久不锈钢阴极电解工艺。对永久不锈钢阴极电解的三种工艺方法一一I S A 法、K I D D 法和O T 法分别进 行技术、经济、业绩等综合比较，最终选择了K I D D 电解工艺。 关键词铜电解；永久不锈钢阴极电解；I S A 电解；K I D D 电解 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 0 1 0 0 0 2 一0 4 D e m o n s t r a t ea n dS e l e c tf o r2 0 0k t ／aC o p p e rE l e c t r o l y s i sP r o c e s so f J i n l o n gC o p p e r H U A N GH u i r o n g N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N a n j i n g ，J i a n g s u2 1 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eP e r m a n e n tS t a i n l e s sS t e e lC a t h o d eT e c h n o l o g y P S S C T a n dN o r m a lC o p p e rE l e c t r o l y s i sP r o c e s s N C E P i se l a b o r a t ea n a l y s i sa n dc o m p a r e d ，a n dt h eP S S C Ti ss e l e c t e d ；r e g a r d sa st h et h r e et e c h n o l o g yp r o c e s s I S A ，K I D Da n dO Tp r o c e s su n d e rP S S C T ，t h e ya r ec o m p a r e df r o ma s p e c t so ft h et e c h n o l o g y ，e c o n o m y a n da c h i e v e m e n t ，f i n a l l yt h eK I D Dp r o c e s si sc h o s e n ． K e y w o r d s C o p p e re l e c t r o l y s i s ；P e r m a n e n tS t a i n l e s sS t e e lC a t h o d eT e c h n o l o g y ；I S Ap r o c e s s ；K I D Dp r o c e s s 金隆铜业有限公司 简称金隆公司 铜电解采用 大极板、长周期、高电流密度常规电解工艺，经2 次 厂房延长，增加电解槽的方法进行扩建。电解槽数 量由投产初期的4 8 0 个增加到7 6 8 个，目前的设计 能力为1 9 万t ／a 阴极铜，再采取适当提高电流密度 等措施后，生产能力可提高至2 0 ～2 l 万t ／a 。为进 一步增强企业竞争力，依据电解扩建工程与熔炼系 统生产能力相配套的原则，将新建一座2 0 万t ／a 阴 极铜电解车间。在铜电解工艺的选择上，进行了较 长时间的比较与论证，最终形成了一致意见。 1大极板常规电解与永久不锈钢阴极 电解综合比较 1 ．1 铜电解方法及其发展前景 铜电解精炼的方法主要包括传统法电解、永久 不锈钢阴极法和周期反向电流电解。传统法电解又 作者简介黄辉荣 1 9 6 8 一 ，男，江西寻乌人，高级工程师，硕士生 包括小极板短周期常规电解和大极板长周期常规电 解两大类。 大极板长周期常规电解虽属始极片传统工艺， 但其机械化、自动化水平有了很大提高。其阴阳极 加工，出装槽，阴极铜和残极洗涤、打包均实现了机 械化，控制系统一般采用P L C 进行控制，适于大型 铜电解生产企业。 周期反向电流电解技术 P R C ，可以使电流密 度提高到4 0 0A ／m 2 以上。1 9 6 3 年，周期反向电流 电解在保加利亚铜精炼厂首次应用于工业规模的生 产。从那以后，应用这一技术的工厂不断增加，达到 了所有电解厂数的1 6 ％。由于P R C 技术所采用的 电流密度高，其槽电压一般高于常规电解法，有效电 流效率也低于常规电解法。因此，P R C 技术的电能 消耗要比常规电解法高出3 0 ％左右。因此，在能源 紧张，能源费用大幅度提高的今天，P R C 技术的推 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 广应用受到了限制，2 0 世纪9 0 年代以来，P R C 技术 没有得到进一步的推广应用⋯1 。 永久不锈钢阴极法是用不锈钢板制成永久性阴 极，取代传统的始极片。1 9 7 8 年，不锈钢阴极法首 先在澳大利亚P T Y 铜精炼有限公司的汤士维尔冶 炼厂研制并投入大规模生产，简称为I S A 法⋯。 1 9 8 6 年加拿大鹰桥公司的奇得克里克冶炼厂也开 发了另一种不锈钢阴极电解技术，称K I D D 法[ 2 | 。 此外近年来芬兰奥托昆普公司开发的O T 不锈钢阴 极法也已投入了工业化生产。这三种不锈钢阴极不 同之处主要在包边形式、导电棒的结构及底部结构 上的区别，且阴极板表面粗糙度也有所不同。三种 工艺均采用不锈钢阴极，因不锈钢阴极更平直，其工 艺技术指标优于传统法。 随着国内外铜冶炼技术水平的提高，生产能力 的增大，铜电解也朝着大型化、机械化、自动化方向 发展。小极板短周期常规电解工艺在激烈的市场竞 争处于不利位置，已逐步被淘汰；周期反向电流电解 技术因有效电流效率低、电耗高等原因，从2 0 世纪 9 0 年代以后，没有得到进一步的发展。大极板长周 期常规电解和永久不锈钢阴极电解近年来得到迅速 发展，因此，公司对电解工艺的选择上倾向于这两种 工艺的一种，但究竞选择哪一种工艺尚需进一步比 较、论证。 1 ．2 大极板常规电解与永久不锈钢阴极电解工艺 技术比较 传统法在我国已有数十年生产历史，工艺成熟 可靠。特别是采用了机械化、自动化水平高的阴、阳 极加工机组后，适当提高了阴、阳极板的垂直度，可 产出较好的阴极产品。但始极片制作工艺复杂，需 要独立的始极片生产系统，劳动强度大。虽然采用 了极板加工机组，但由于始极片由0 ．6 ～0 ．8m m 的 铜片制成，因质软平直度较难保证，尤其在大极板电 解的生产过程中易出现短路，影响阴极铜的质量。 与常规电解相比，永久不锈钢阴极法具有以下 特点 1 极距小，电流密度高。因阴极乎直，不容易 短路，所以不锈钢阴极可采用较小极距和较高的电 流密度； 2 阴极周期短。不锈钢阴极法一般采用较短 的阴极周期，通常为6 ～8 天，一般是阳极周期的三 分之一； 3 残极率低。由于不锈钢阴极平直，电力线分 布均匀，不容易短路，所以阳极溶解更均匀，不会在 3 电解后期形成大洞或断裂掉入槽内，残极率可以降 低到1 2 ％～1 6 ％。传统法大极板电解残极率一般 在1 8 ％～2 0 ％； 4 蒸气耗量低。传统法每吨阴极铜的平均蒸 气消耗量在0 ．6t 左右，不锈钢阴极法则为0 ．4t ； 5 不锈钢阴极电解由于电流密度高，槽电压 高，直流电耗高。 由不锈钢阴极电解的特点，使其具有以下优点 1 取消了始极片的生产制作系统，简化了生产 流程，减少了设备、场地和操作人员。 2 由于阴极平直，在相同的原料条件下，不锈 钢阴极法可采用比传统法更高的电流密度和更小的 极距，加上无始极片生产周期，所以生产效率高，单 位面积产量大。 3 不锈钢阴极法产出的阴极铜粒子少，无吊攀 容易清洗，产品质量好。 4 由于阴极更平直，电力分布均衡，不易短路， 阳极溶解均匀，因而残极率低。。 2 0 万吨永久不锈钢阴极工艺与2 0 万吨传统法 方案比较见表1 。 综上所述，不锈钢阴极电解技术与传统法相比， 具有工艺技术指标先进、产品质量好、劳动生产率 高、综合能耗低、生产成本低等优势，使其在世界上 铜精炼厂得到广泛应用。根据有关资料显示，到 2 0 0 4 年止，应用不锈钢阴极法的电解精炼厂已达4 0 多家，产出的铜量占世界总产量的5 0 ％以上。因 此，采用不锈钢电解工艺，更有利于产品质量的保 证，降低生产成本，提高产品的竞争力。 1 ．3 大极板常规电解与永久不锈钢阴极电解投资 及经济效益比较 为进一步比较两种工艺，以下将以年产2 0 万t 阴极铜电解工程，在机组联动线均进口情况下，根据 外商初步报价，对投资和经济效益作出分析。 不锈钢阴极法的引进费用比传统大极板法 全 引进 多96 2 1 万元，比传统大极板法 部分引进 多 1 18 1 5 万元。 在2 0 万吨电解规模时，传统法电解与永久不锈 钢阴极电解比较 1 永久阴极法固定资产投资略高 永久阴极法不锈钢阴极板多出29 0 5 万人民 币，所需引进设备购置费比传统法高89 2 2 万人民 币。永久阴极法由于工艺流程简单，建筑面积比传 统法少，所以建筑工程、配套设备、安装费用都比传 统法要省，尽管引进设备投资比传统法高，但国内投 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 资费用少，预备费少。 表12 0 万t 永久不锈钢阴极工艺与2 0 万吨传统法方案比较表 T a b l e1T e c h n i c a lc o m p a r i n gb e t w e e nP S S C Ta n dN C E P 2 流动资金少 永久阴极法与传统法相比，由于电流密度高，阴 极周期短，电解槽数量少，而且不需要始极片生产制 作工序，电解过程中铜积压量相对减少，周转快，故 维持简单再生产所需的流动资金占用量相对较少， 大约是传统法的9 0 ％左右，流动资金的投资比传统 法少2 0 0 万元。在市场经济的形势下，企业更加重 视资金周转，流动资金少无疑是不锈钢阴极法的一 大优点。 3 生产成本低 各项成本费用合计永久阴极法比传统法每年低 5 9 0 万元，即每吨阴极铜的成本要低2 9 ．5 元／a 。 投资差额回收期为4 ．5 8 年 7 年，说明规模为 2 0 万t ／a 时，永久不锈钢阴极法方案优于传统法，故 本次次改造选用永久不锈钢阴极电解技术。 2I S A 法、K I D D 法和O T 法的比较 与选择 2 ．1I S A 法、K I D D 法和O T 法简介 永久性阴极铜电解技术最早由澳大利亚芒特艾 萨 M o u n tI s a 矿业公司汤斯维尔精炼厂 C R L 在 1 9 7 8 年研制成功并投入生产，称为艾萨 I S A 电解 法。芒特艾萨公司从1 9 7 8 年开始把艾萨技术卖到 国际上，至2 0 0 3 年世界上有5 4 家得到芒特艾萨公 司的专利许可证，用艾萨法生产阴极铜总能力已达 5 0 0 万t ／a ，占全世界总阴极铜产量的3 3 ％。目前国 内采用永久性阴极铜电解技术唯一工厂是江西铜业 公司贵溪冶炼厂，该厂三期电解采用I S A 电解法， 设计能力为2 0 万t ／a ，并于2 0 0 3 年投产。使用I S A 电解法的最大工厂是德国北德精炼厂，阴极铜生产 能力达3 7 万t ／a 。 1 9 8 6 年加拿大鹰桥公司的K i d dC r e e k 冶炼厂 也开发了另一种不锈钢阴极生产工艺，称为K I D D 法。1 9 9 2 年K I D D 工艺技术实现商业化，到目前为 止，采用K I D D 工艺的电解厂共有8 家，生产能力达 2 4 5 万t ／a ；其中最大工厂是智利楚基卡马塔冶炼 厂，阴极铜生产能力达8 7 万t ／a 。 芬兰奥托昆普公司利用其先进的不锈钢生产与 制造技术，以及在阳极机组、阴极剥片机组、行车等 方面的良好业绩，近年来开发的O T 不锈钢阴极法 也已投入了工业化生产。国内的山东阳谷铜业公司 选择了O T 不锈钢阴极法。 2 ．2I S A 法、K I D D 法和O T 法的比较与选择 I S A 法、K I D D 法和O T 法技术经济比较见表 2 。 3结论 I S A 法、K I D D 法和O T 法各有自己的特点，但 I S A 法在国内某厂的业绩并不理想，如阴极板底部 “V ”型槽加工质量问题导致剥片效果不好，影响剥 片机组的处理能力；阴极板夹边条使用寿命短，投产 2 0 个月夹边条进行了全部更换，既费时费力，又影 响生产。而K I D D 法在阴极剥片机组的开发、“V ” 型槽的发明与利用上具有明显优势；这些优点在公 司电解技术考察小组对韩国L G N i k k o 的考察中 得到了确认。为此，公司选择了K I D D 法电解工艺。 下转第8 页 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 l 精矿加料速率 于量 ／ t h 。1 2 日精矿处理量／t 3炉衬寿命／月 4 喷枪寿命／d 5 喷枪燃料种类 6 重油耗量／ k g h 。 7 柴油耗量。／ k g h - 1 8全硫利用率／％ 9 烟气中单体硫／ m g m 。3 * 柴油耗量不包括备用烧嘴的用量 4 8 10 0 0 1 0 5 ～7 重油 4 0 3 O 9 5 1 9 0 15 0 0 1 8 1 5 ～2 0 重油 3 0 0 0 9 5 1 上接第4 页 表2I S A 法、K I D D 法和O T 法技术经济比较表 T a b l e2T h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n d e xc o m p a r i n ga m o n gI S A 。K I D Da n dO Tp r o c e s s 参考文献 [ 1 ] 朱祖泽、贺家齐．现代铜冶金学[ M ] ．北京科学出版 社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 邢卫国．K I D D 铜电解技术述评[ J ] ．重有色冶炼，1 9 9 7 5 1 5 ． 铝㈣。。黼。姗两硼铝一。籼。罢 万方数据