□文/張春發(fā)

銅的電解精煉工藝（三）

Summary of the Process of Electrolytic Refi ning of Copper

□文/張春發(fā)

在建設(shè)有色金屬強國的宏大隊伍中，一大批中青年技術(shù)專家的身影國外引人注目。企業(yè)從策劃到建設(shè)到施工再到日常生產(chǎn)管理，需要一大批優(yōu)秀的人才，而行業(yè)中的真正有才干的專家成為一種可遇而不可求的“稀缺資源”。長期以來，我們的記者們匆忙地在全國各地乃至于國外走訪和調(diào)查之余的一項重要工作就是尋覓專家。為此，我們開辟了中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇及技術(shù)升級研修班和再生鋁產(chǎn)業(yè)鏈論壇暨冶煉技術(shù)研修班，其中一個目的就是要為企業(yè)搭建一個與各路專家溝通的渠道。在此過程中，我們結(jié)識了不少中青年專家，巴彥淖爾西部銅材有限公司總工程師張春發(fā)就是其中的一位。

張春發(fā)先生畢業(yè)于唐山礦業(yè)學(xué)院有色冶金專業(yè)，在國內(nèi)最著名的有色金屬冶煉企業(yè)——沈陽冶煉廠從生產(chǎn)第一線干起，先后擔(dān)任銅電解分廠技術(shù)員、 技術(shù)組組長、 工程師、質(zhì)量管理處副處長、銅電解分廠廠長；2000年至200年6月?lián)魏颖苯ú~業(yè)集團總工程師兼銅電解分廠廠長；負責(zé)銅火法冶煉、銅電解車間的質(zhì)量、技術(shù)管理。在這些年里，他曾經(jīng)幫助幾家企業(yè)制定了企業(yè)規(guī)劃企業(yè)發(fā)展方向、生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)、各項管理方案，把一個電解銅質(zhì)量不合格，沒有市場銷路的瀕危企業(yè)變成了產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，打開銷路、占領(lǐng)市場、運行良好的大型企業(yè)。

2010年10月張春發(fā)先生在中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇和技術(shù)升級研修班上向代表們系統(tǒng)地介紹了電解銅生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵問題。最近，他聽說第二屆中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇暨技術(shù)升級研修班將在江西南昌舉辦，立即表示將在論壇上把電解精煉車間設(shè)計方案的選擇和對比的有關(guān)問題與大家進行深入討論。這些內(nèi)容將在下一期雜志上刊出。他也期待著與大家在九月份的論壇上見面。

（上接《資源再生》雜志2011年第6期49頁）

五、銅電解最新工藝

目前，銅電解生產(chǎn)工藝大體分二類。第一，傳統(tǒng)電解工藝，即前面介紹的包含生產(chǎn)始極片的工藝，這種工藝適合產(chǎn)量較小，年產(chǎn)10萬噸以下的企業(yè)。第二，永久性陰極銅電解技術(shù)，這種工藝適合生產(chǎn)規(guī)模較大，年產(chǎn)15萬噸以上的企業(yè)，但該種工藝較傳統(tǒng)法一次性投資大。

永久陰極銅電解技術(shù)在1987年研制并投入生產(chǎn)，到今天為止，已發(fā)展為三種不同的工藝，即ISA、KIDD、OT法。雖工藝名稱不同，但基本原理相同，即所用的陰極全為不銹鋼316L材質(zhì)，不生產(chǎn)始極片，陰極在電解槽中一步電解成成品陰極銅，利用陰極剝片機剝離。3種工藝的異同點如表2：

1. 永久陰極銅電解技術(shù)和傳統(tǒng)銅電解工藝比較，見表3：

從表3可以看出，不銹鋼陰極法電解工藝指標(biāo)主要特點有：

（1）極距小，電流密度高：因陰極平直，不容易短路，所以不銹鋼陰極可采用較小極距和較高的電流密度。

（2）陰極周期短：不銹鋼陰極法一般采用較短的陰極周期，通常為6～8天，一般是陽極周期的1/3。短周期可以減少陰極銅長粒子的機會，有利于陰極銅質(zhì)量的保證。

（3）殘極率低：由于不銹鋼陰極平直，電力線分布均勻，不容易短路，所以陽極溶解更均勻，不會在電解后期形成大洞或斷裂掉入槽內(nèi)，殘極率可以降低到12%～16%。傳統(tǒng)法大極板電解殘極率一般在18%～20%。

（4）蒸汽耗量低：傳統(tǒng)法每噸陰極銅的平均蒸汽消耗量在0.8噸左右，不銹鋼陰極法平均蒸汽消耗量在0.4噸以下。

2. 永久陰極銅電解技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備

（1）永久性不銹鋼陰極板

不銹鋼陰極板材質(zhì)為316L，厚度3.25mm，表面光潔度2B，陰極板的垂直度：從吊棒中心線到板底部兩角為5.5mm，陰極板底邊開有90°V形槽。

不銹鋼陰極板兩側(cè)垂直邊采用聚丙烯或聚氯已烯做絕緣條，從而使剝下兩片銅分離。

（2）陰極剝離機組

表3 兩種工藝設(shè)計的工廠參數(shù)和指標(biāo)

（3）陽極機組

該機組主要作用是將陽極板加工成適合電解車間使用的原料進到電解車間。功能有：壓耳、稱重、板面壓平、板面測厚（太厚或太薄挑出）、冼耳（冼陽極大面和底面）、排板撥距等。壓耳的目的是使陽極吊耳與陽極板呈90°的角度；板面壓平的目的是使陽極板板面保持平直；洗耳的目的是使吊耳的下部（電解時與導(dǎo)電板接觸的面）平整光潔，從而達到陽極板面與地面垂直。

（4）殘極機組

該機組主要作用是將出槽殘極沖洗、打包。殘極機組的功能有殘極受理、沖洗（沖洗水加溫到60℃）、堆落、打包等。

本機組設(shè)有沖洗水儲槽，沖洗殘極后的水先經(jīng)自動過濾陽極泥裝置，然后進入沖洗水儲槽，可以做到70%的洗水循環(huán)使用。

六、技經(jīng)指標(biāo)、成本構(gòu)成及投資預(yù)算

1. 銅電解技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

（1）電流效率：電流效率是指陰極實際析出銅量與理論析出銅量之比。

范崢崢從車上下來，打扮得很光鮮，白色的針織衫內(nèi)衣，黑色的中長外套，下穿當(dāng)下流行的春秋靴和百褶短裙，讓賈鵬飛不敢相信這就是快半年沒見面的妻子。

（2）槽電壓：槽電壓是陽極與陰極電位之差，是影響電能消耗的重要因素。銅電解精煉的槽電壓中，電解液的電壓降占主要地位，約占槽電壓的60%～80%。

（3）電能消耗：電能消耗是指交流電消耗，即生產(chǎn)1噸電銅消耗交流電的電量。

（4）其他指標(biāo)：銅的回收率、殘極率、硫酸單耗、蒸汽單耗等。

電解精煉的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表4：

表4 某些廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

2. 成本構(gòu)成

銅電解主要生產(chǎn)成本由電、蒸汽、殘極再煉、硫酸消耗、水消耗、職工工資、銅的損失、維修費、其他輔助材料等構(gòu)成，其詳細構(gòu)成見表5：

表5 銅電解生產(chǎn)成本構(gòu)成表

從表5中可以看出，成本構(gòu)成中電耗、蒸汽消耗、殘極再煉所占比例最大，所以在生產(chǎn)中為了降低成本，應(yīng)該主要從這三方面入手解決存在的問題，最大限度降低成本。下面對其逐條分析。

（1）電耗

降低電耗有二個途徑：降低槽電壓、提高電流效率。

降低槽電壓：嚴(yán)格控制陽極銅中鎳、氧、鉛等含量，根據(jù)陽極板的成分，控制適當(dāng)?shù)碾娏髅芏龋划?dāng)陽極板含雜質(zhì)較高、電解條件惡化時提高電解液溫度，減少濃差極化，從而提高電解液導(dǎo)電率；杜絕槽面行走，以免陽極泥脫落，導(dǎo)致電解液電阻增大；接觸點清擦干凈。

提高電流效率：減少導(dǎo)電排和電解槽槽體對地漏電；減少極間短路。

（2）蒸汽消耗

影響蒸汽消耗的主要因素有：電解液在循環(huán)過程中的散熱損失、熱交換器熱交換效果的好壞。

減少電解液在循環(huán)過程中的熱損失：加強槽面管理，槽面采用覆蓋布覆蓋、循環(huán)管道采用保溫措施、高位槽和低位槽要采用槽面覆蓋。

做好熱交換器的清洗工作，及時清理散熱片，提高熱交換效率。

（3）殘極率

降低殘極率措施有：陽極板澆鑄時盡量做到薄厚一致，同時陽極模子在設(shè)計過程時耳部要較板面要薄，基本是10~20mm；嚴(yán)格控制好技術(shù)條件，避免陽極鈍化；條件允許時，再對殘極處理過程中要把能再用的殘極選出再用。

3. 銅電解車間（包括凈化）固定投資預(yù)算

銅電解車間投資根據(jù)所選設(shè)備及其自動化程度不同而有相當(dāng)大的差別。正常情況下，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，電解車間（選用五線一車：即陽極機組、始極片加工機組、導(dǎo)電棒傳送清理機組、殘極機組、電銅洗滌機組、電解專用吊車）的投資為每噸銅0.3萬元左右。