蘇 峰， 李敬忠

(金隆銅業(yè)有限公司， 安徽 銅陵 244021)

金隆公司主要工藝流程為：閃速熔煉、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、陽極爐精煉、電解精煉以及兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝。投產(chǎn)以來，金隆公司堅(jiān)持生產(chǎn)和改造并重，經(jīng)過多次技術(shù)升級和挖潛改造，現(xiàn)已具備年產(chǎn)45萬t陰極銅、120萬t硫酸的生產(chǎn)規(guī)模。其中，電解生產(chǎn)工藝主要以大極板常規(guī)電解(以下簡稱常規(guī)電解)及PC不銹鋼永久陰極板電解(以下簡稱PC電解)兩種工藝為主。隨著國內(nèi)外銅行業(yè)電解生產(chǎn)管理、技術(shù)水平差距日趨縮小，電解高電流密度生產(chǎn)、高技術(shù)指標(biāo)的對標(biāo)管理逐漸成為主流，電解生產(chǎn)仍有潛力可待挖掘[1]。

1 電解工藝生產(chǎn)過程概況

1.1 理論產(chǎn)能分析

金隆公司電解生產(chǎn)采用兩種生產(chǎn)工藝，即常規(guī)電解和PC電解。為保持年產(chǎn)45萬t陰極銅產(chǎn)能，需優(yōu)先考慮陽極板產(chǎn)量、硅整流負(fù)荷、設(shè)備故障、工藝管道及槽組檢修等限制因素。目前，常規(guī)電解電流密度為290 A/m2，PC電解電流密度為310 A/m2，可達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。若要求進(jìn)一步提高產(chǎn)能，即陰極銅生產(chǎn)能力達(dá)到46萬t時(shí)，可考慮提高PC電解電流密度，按照表1理論產(chǎn)能計(jì)算，理論產(chǎn)能約為46.83萬t，生產(chǎn)過程需考慮各項(xiàng)實(shí)際指標(biāo)應(yīng)略低于理論計(jì)劃值。

表1 電解理論產(chǎn)能計(jì)算

1.2 電解實(shí)際產(chǎn)能及指標(biāo)概況

金隆公司在合理組織生產(chǎn)，穩(wěn)定各項(xiàng)外部因素影響，保證電解生產(chǎn)能力穩(wěn)定的前提下，2016年電解產(chǎn)能首次突破46萬t，達(dá)到46.39萬t，如圖1所示。圖2為電解產(chǎn)能隨電解電流密度提高的變化趨勢。電解連續(xù)超額完成全年生產(chǎn)計(jì)劃，且相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，如陰極銅優(yōu)質(zhì)品率、電流效率等，詳見圖3所示。

圖1 投產(chǎn)至今陰極銅實(shí)際產(chǎn)能對比

圖2 電解產(chǎn)能隨電流密度的提高而變化

圖3 近幾年電解各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對比

2 有價(jià)金屬回收概況

金屬平衡管理是衡量冶煉企業(yè)工藝技術(shù)和管理水平的重要標(biāo)志，通過計(jì)算金屬回收率，反映金屬元素的回收利用狀況和損失方向[2]。

2.1 電解工序Cu、Au、Ag的回收

提高電解Cu回收率的主要方法：一是提高陰極銅產(chǎn)量及質(zhì)量，減少返回品，提高直收率；二是加強(qiáng)中間物料管理，規(guī)范在制品物料流轉(zhuǎn)、調(diào)撥和銷售程序，減少資金占用及無名損失等[3]。

由于Au、Ag等貴金屬主要沉降在陽極泥里，因此降低電解液比重、增加陽極泥的沉降性有利于貴金屬的回收。生產(chǎn)實(shí)踐表明，陽極板銀含量低于800×10-6時(shí)，電解銅含銀可維持在(8～10)×10-6。圖4表明，2017年以來，為提高金屬回收率，電解重點(diǎn)加強(qiáng)中間物料管理及系統(tǒng)控制等手段，以銅為例，銅回收率為98.8%左右，為提高公司經(jīng)濟(jì)效益做出了貢獻(xiàn)。

2.2 電解工序Ni的回收

真空蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳在金隆公司應(yīng)用已5年有余，產(chǎn)品硫酸鎳的提取不僅為公司發(fā)展帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于平衡電解液中鎳的含量，減少鎳離子及附帶的砷、銻、鉍等雜質(zhì)的危害，為穩(wěn)定電解生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

圖5為近幾年硫酸鎳的產(chǎn)量及系統(tǒng)鎳含量的變化。分析認(rèn)為，由于料液和環(huán)境的腐蝕性及電解系統(tǒng)鎳含量的降低，自2015年以來，反應(yīng)釜開動率及產(chǎn)量均略有下降，表2例舉了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

圖4 有價(jià)金屬回收率

圖5 系統(tǒng)鎳含量波動變化

項(xiàng)目名稱單位指標(biāo)反應(yīng)釜開動率%>70(依電解液系統(tǒng)Ni含量確定開動率)二次終液日處理量m380～100鎳直收率%64～72產(chǎn)品硫酸鎳含銅%<1

3 電解生產(chǎn)的主要影響因素

3.1 陽極板質(zhì)量的影響

由于熔煉工藝決定了陽極板的化學(xué)成分，化驗(yàn)結(jié)果分析有滯后性，因此，一定程度上陽極板的物理外觀以及極板懸垂度將會比較直觀的影響陰極銅質(zhì)量，而陽極板裝槽后可依據(jù)陰極銅結(jié)晶狀況適時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，以免造成陰極銅后期質(zhì)量波動。

3.2 陰陽極懸垂度對比分析

生產(chǎn)過程中，銅陽極板懸掛在電解槽內(nèi)，其懸垂度的影響因素主要來自其自身的物理特性：一是陽極板耳部重心所在鉛垂面與陽極板身重心所在鉛垂面之間的偏移程度；二是耳部支撐面的平整度。上述兩種因素主要通過調(diào)整陽極板整形壓力機(jī)和確定銑耳定位基準(zhǔn)即可滿足裝槽使用[4-5]。

陰極板主要有兩種，一是種板槽生產(chǎn)的始極片，二是PC用不銹鋼陰極板。

始極片的某些物理性能如剛度、硬度、光滑度、厚度及同一片中不同部位厚度的不均勻，都會影響其在矯平、軋紋等作業(yè)的變形，使得始極片平整度降低，最終降低陰極板的懸垂度。為此需要車間提高始極片的質(zhì)量，保證始極片軟硬適度，厚薄均勻、光滑。

不銹鋼陰極板自采用以來，被證明是一種可靠的陰極銅生產(chǎn)技術(shù)，陰極板在電解精煉中的使用壽命可超過15年，因此被認(rèn)為是一種固定資產(chǎn)，而不是一種耗材，但由于使用年限及機(jī)械碰撞等綜合因素影響，陰極板的懸垂度將逐漸發(fā)生偏移[6-7]。

圖6 常規(guī)陰陽極板懸垂度的比例范圍

圖7 PC陰陽極板懸垂度的比例范圍

金隆電解測量陰陽極板的懸垂度采用9點(diǎn)測量法，選取測量所得差值的最大值即為懸垂度。圖6、圖7例舉了常規(guī)和PC電解用陰陽極板懸垂度波動及比例范圍。以PC陰極板懸垂度為例，范圍在5 mm以內(nèi)，占比小于20%，10 mm以內(nèi)為60%，因此出裝槽極距的影響將是金隆電解長期發(fā)展面臨的一大重要考驗(yàn)。

3.3 電解系統(tǒng)的影響

2013年以來，當(dāng)陽極板中雜質(zhì)超標(biāo)時(shí)，大量的雜質(zhì)進(jìn)人電解液，使硫酸銅溶解度降低，同時(shí)會使電解液的電阻、密度和黏度都增大，陽極泥的沉降速度減慢，增加了電解液中懸浮物(漂浮陽極泥)的含量，加大了電解液和懸浮物對陰極銅的污染，導(dǎo)致陰極銅質(zhì)量降低。以雜質(zhì)As為例，電解液雜質(zhì)As一度高達(dá)17 g/L，陰極銅質(zhì)量明顯波動，圖8表明電解液系統(tǒng)雜質(zhì)變化的趨勢。生產(chǎn)實(shí)踐證明，如何保持系統(tǒng)雜質(zhì)平衡及銅、酸平衡，也將是電解長期面臨的重要課題[9-10]。

圖8 電解系統(tǒng)雜質(zhì)As、Sb、Bi的變化趨勢

3.4 陰極銅挑揀率

陰極銅挑揀率為不合格陰極銅占全部陰極銅的比例，這項(xiàng)指標(biāo)能夠直觀的反應(yīng)電解生產(chǎn)管理、技術(shù)控制水平。圖9表明進(jìn)入2017年以來，常規(guī)及PC陰極銅挑揀率約為1%左右，通過加強(qiáng)環(huán)節(jié)梳理，補(bǔ)缺短板，精細(xì)化操作管理等，陰極銅質(zhì)量得到提升。

圖9 陰極銅挑揀率

4 結(jié)語

金隆電解自1997年投產(chǎn)至今，先后經(jīng)過多次技術(shù)升級和挖潛改造，最終實(shí)現(xiàn)了46萬t的產(chǎn)能目標(biāo)。為了適應(yīng)國內(nèi)外日趨激烈的市場環(huán)境，生產(chǎn)過程中，質(zhì)量應(yīng)與產(chǎn)量同步提升。較高的陰極銅質(zhì)量，是全體員工參與全面質(zhì)量管理的體現(xiàn)，是不斷提高品牌形象的重要保障。銅產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，影響陰極銅質(zhì)量的內(nèi)外部因素更趨于多樣性及復(fù)雜化，因此如何保持較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，將是生產(chǎn)管理者共同面臨的復(fù)雜課題。