王錦鴻， 曹 平， 王晃純， 程飛龍， 聶榮華

(五礦銅業(yè)(湖南)有限公司， 湖南 衡陽 421513)

五礦銅業(yè)100 kt/a銅電解項(xiàng)目位于湖南衡陽，包括電解精煉、電解液凈化、陽極泥預(yù)處理系統(tǒng)。項(xiàng)目從2015年1月開始施工，2016年5月份竣工投產(chǎn)，歷時(shí)15個(gè)月。電解廠房總長201.2 m，寬55 m，雙層配置，系統(tǒng)配置360個(gè)電解槽(含2個(gè)脫銅槽)，主要設(shè)備有陽極整形機(jī)組、陰極剝片機(jī)組、殘極洗滌機(jī)組和電解專用吊車。

1 工藝選擇

電解工藝有傳統(tǒng)工藝(即始極片電解工藝)和不銹鋼永久陰極電解工藝，世界各國生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明永久陰極電解較傳統(tǒng)電解有較大的優(yōu)勢，有取而代之的趨勢，特別是大規(guī)模電解廠更是如此。永久陰極電解工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有：陰陽極距小，電流密度大，需要的電解槽數(shù)量少，陰極在槽的周期短，車間內(nèi)積壓的銅量少，殘極率低，減少了殘極再熔的成本，蒸汽消耗低，流程簡單，自動(dòng)化程度高，電解銅的質(zhì)量有保證。缺點(diǎn)是在投資上較高，主要是進(jìn)口不銹鋼永久陰極板、電解專用吊車、機(jī)組費(fèi)用較高[1-7]。經(jīng)過比較，在同等條件下永久陰極電解工藝比始極片電解工藝投資略微增加，但由于永久陰極電解工藝運(yùn)行成本低，有較好的經(jīng)濟(jì)效益，且代表了現(xiàn)代銅電解工藝的發(fā)展趨勢，故本項(xiàng)目選擇永久陰極電解工藝。工藝流程見圖1。

2 投產(chǎn)準(zhǔn)備

2.1 電解系統(tǒng)試行

電解系統(tǒng)先進(jìn)行設(shè)備單體試車、聯(lián)動(dòng)試車，為期15天左右。而后進(jìn)行了槽體與管道的試循環(huán)，試漏分為冷水、熱水和電解液三個(gè)階段。由于火法也處于投產(chǎn)階段，蒸汽供應(yīng)不足也不穩(wěn)定，計(jì)劃熱水試漏未得到有效試行，最高經(jīng)過40 ℃試水，緊接步入配液階段，整個(gè)試漏、配液階段持續(xù)一周左右，電解系統(tǒng)于2016年6月2日通電生產(chǎn)。

圖1 五礦銅業(yè)電解工藝流程圖

2.2 電解液配制

全國電解系統(tǒng)投產(chǎn)過程，電解液配制一般有老液稀釋與新液配置兩種方法。五礦銅業(yè)為一個(gè)全新的公司，周邊無大型銅電解廠，無法獲得老電解液，經(jīng)研究決定采用硫酸銅配置新液。新液按照成分Cu2+40 g/L，H2SO4180 g/L，用硫酸銅、硫酸和水配置。經(jīng)過前期的摸索與討論，最終確定配液流程為地坑→濃密機(jī)→壓濾機(jī)→上清液槽→精密過濾器→循環(huán)槽→電解槽→地坑。往系統(tǒng)內(nèi)加入1 100 m3清水，經(jīng)鈦板加熱器加熱到40℃循環(huán)，拔電解槽底塞，在地坑中加入五水硫酸銅溶解，攪拌后泵送至濃密機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，整個(gè)過程持續(xù)加入五水硫酸銅，循環(huán)不停，嚴(yán)格控制五水硫酸銅的加入速度，配液過程實(shí)時(shí)監(jiān)測電解液成分，使其達(dá)到配液要求。

配置電解液過程中，由于火法投產(chǎn)不正常，蒸汽不足，電解溫度一直難以升上去，基本在40～50 ℃之間，造成電解液中銅離子溶度升高后五水硫酸銅溶解速度慢，在電解槽底有沉積現(xiàn)象。后期經(jīng)過升溫后逐步完全溶解。五礦銅業(yè)在很短時(shí)間內(nèi)配置了1 100 m3電解液，成分、溫度均達(dá)到工藝要求，為通電生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 投產(chǎn)狀況

五礦銅業(yè)電解投產(chǎn)狀況良好，首批陰極銅就可以在陰極剝片機(jī)組成功剝離，未出現(xiàn)酥脆和分層等現(xiàn)象，銅含量達(dá)到99.998%，物理性能良好，但是外觀質(zhì)量不佳，表面密布扎手銅粒子。

3.1 投產(chǎn)過程

時(shí)值火法處于投產(chǎn)階段，陽極板無法供應(yīng)充足，考慮到投產(chǎn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)任務(wù)，2016年6月，五礦銅業(yè)電解兩組60槽裝滿通電，電流密度240 A/m2。由于操作人員從未接觸銅電解生產(chǎn)，經(jīng)驗(yàn)不足，操作和控制水平都不高，前面幾批銅都密布扎手、開花等狀況的銅粒子。根據(jù)實(shí)際銅生產(chǎn)情況，慢慢對(duì)添加劑做調(diào)整，并采取小實(shí)驗(yàn)等方法對(duì)單槽大膽增減添加劑，8月份陰極銅外觀質(zhì)量開始好轉(zhuǎn)，板面越來越光滑，并趨于穩(wěn)定。

五礦銅業(yè)電解采取的是生產(chǎn)、配液、擴(kuò)槽通電同時(shí)進(jìn)行的投產(chǎn)方式，利用系統(tǒng)銅溶解搭配加入硫酸銅保證銅平衡擴(kuò)液擴(kuò)槽，既解決了脫銅系統(tǒng)工期滯后不能投產(chǎn)的難題，又節(jié)省了五水硫酸銅的使用量，大大節(jié)省了勞力與投產(chǎn)成本，最終五水硫酸銅的使用量僅為計(jì)劃的50%。

由于投產(chǎn)初期提高電流密度縮短生產(chǎn)周期，電流密度一度提高到320 A/m2，電解系統(tǒng)穩(wěn)定經(jīng)過了電流大幅提升階段。10月初，五礦銅業(yè)電解實(shí)現(xiàn)滿槽生產(chǎn)，通電360槽。旋流電積凈液系統(tǒng)在電解系統(tǒng)投產(chǎn)后兩個(gè)月開始生產(chǎn)，電流密度400 A/m2。由于電解為新液生產(chǎn)，電解液中的雜質(zhì)很低，旋流電積系統(tǒng)的主要目的是脫銅，因此只開一段、二段脫銅，三段脫雜未開。電解系統(tǒng)投產(chǎn)情況見表1。

表1 五礦銅業(yè)電解生產(chǎn)情況

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況

投產(chǎn)初期，由于時(shí)間緊、蒸汽供應(yīng)不穩(wěn)定、陽極板質(zhì)量、經(jīng)驗(yàn)不足等因素影響，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不佳，但隨著生產(chǎn)不斷趨于正常和經(jīng)驗(yàn)的積累，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)持續(xù)提高，已達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

3.2.1 陰極銅質(zhì)量

由于陽極銅飛邊毛刺多、幾何尺寸誤差偏大，蒸汽供應(yīng)不穩(wěn)定，陰極銅外觀質(zhì)量不佳，表面粒子較多，直到10月份，外觀質(zhì)量得到穩(wěn)定。投產(chǎn)以來，陽極板平均銅含量達(dá)到99.6%，加之新液生產(chǎn)，電解液雜質(zhì)含量低，陰極銅成分均達(dá)到高純銅標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)5批陰極銅成分見表2。

表2 連續(xù)5批陰極銅成分 %

3.2.2 電流效率

生產(chǎn)初期，陽極板規(guī)格波動(dòng)大、蒸汽供應(yīng)不穩(wěn)定、槽面管理經(jīng)驗(yàn)不足等因素導(dǎo)致投產(chǎn)初期電流效率只有86%，隨著以上影響因素的解決，槽面管理的不斷加強(qiáng)，平均電流效率在10月份提高到了96.3%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 殘極率

初期，陽極板厚薄不均，重量偏差大，投產(chǎn)首月殘極率高達(dá)23.2%，高于設(shè)計(jì)值16.0%。但伴隨陽極板質(zhì)量提高，殘極率在10月份達(dá)到15.05%，并穩(wěn)定在14.5%～15.5%左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

五礦銅業(yè)電解作為一個(gè)全新的銅電解系統(tǒng)，在較短的時(shí)間內(nèi)完成投產(chǎn)準(zhǔn)備工作，尤其是采取配液、生產(chǎn)、擴(kuò)槽同時(shí)進(jìn)行的投產(chǎn)方式很成功，不僅解決了凈液脫銅系統(tǒng)滯后的問題，又大幅度節(jié)約了投產(chǎn)所需的大量人力與原料成本，在投產(chǎn)后短期內(nèi)各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到陰極銅國家標(biāo)準(zhǔn)，為今后采取配制新電解液方式投產(chǎn)的銅電解廠家提供了可靠經(jīng)驗(yàn)。