徐 鑫 范 翔 程艮艮

(大冶有色有限責任公司冶煉廠,湖北 黃石 435002)

0 前言

30 萬噸銅加工清潔示范項目是某公司為實施“五大戰(zhàn)略”、打造湖北省千億有色金屬支柱產業(yè)而建立的工程,于2012 年10 月竣工投產。該項目生產的“大江DJ-B”牌陰極銅先后獲得中國馳名商標、湖北省著名商標,于2014 年通過上海金屬交易所注冊,2015 年倫敦金屬交易所注冊成功。近年來,隨著廠定生產任務的逐年增加,車間對提升陰極銅產能展開攻關,通過采取提高作業(yè)率、提高電流密度、修復不銹鋼陰極板等相關措施,產量顯著提高,取得了較大的經濟效益。

1 30 萬噸銅銅電解系統(tǒng)簡介

30 萬噸銅電解系統(tǒng)擁有國內一流的裝備和技術,以國際一流的永久不銹鋼陰極電解工藝生產代替?zhèn)鹘y(tǒng)的始極片生產工藝,具有高效率、低能耗、環(huán)保等優(yōu)點。主要設備如專用電解行車和陰極機組均為奧圖泰(Outotec)公司進口,是目前世界同行業(yè)中較為先進的裝備。廠房內分東西兩個生產系列、兩套循環(huán)系統(tǒng),陽極整形機組、殘極洗滌機組及陰極剝片機組配置在廠房的中部,共64 組1 024 個銅電解槽,年設計產能為30 萬t[1-4]。設計的主要工藝參數見表1。

30 萬噸銅電解系統(tǒng)經過近2 年多時間的生產運行,工藝參數控制較為成熟,生產作業(yè)流程體系較為完善,電解液成分、添加劑的加入量、電流密度等工藝參數都進行了最優(yōu)選取。至2014 年底,30 萬噸銅電解系統(tǒng)在300 A/m2電流密度下,A 級銅產出率達99%以上,電流效率達96%以上,直流電單耗控制在310 kWh/t-Cu 以內,殘極率低于16%,直收率達81%以上,各項指標基本達到原設計值,實現(xiàn)了達產達標的要求。但隨著產能任務的連年增加,在不增加設備設施的情況下提升30 萬噸系統(tǒng)的產能,是亟待解決的問題[5-6]。通過采用提高作業(yè)效率、提高電流密度、修復不銹鋼陰極板等工藝技術措施,在穩(wěn)定電流效率及陰極銅質量的同時提高陰極銅產能。

表1 30 萬噸銅電解系統(tǒng)設計的主要工藝參數

2 30 萬噸電解系統(tǒng)產能提升生產實踐

2.1 提高作業(yè)效率

30 萬噸銅電解系統(tǒng)自2014 年達產達標后一直處于滿負荷生產狀態(tài),作業(yè)時間長,尤其陰極銅出裝的每天作業(yè)時間都超過10 h,車間勞動強度增大,產量提升困難。為改善這一局面,通過調研國內外相關廠家、反復對比各項生產數據及工藝參數控制,在經濟化運行原則指導下和在確保陰極銅質量的前提條件下,對電解作業(yè)周期進行了優(yōu)化調整,逐步提高電流密度和縮短陽極的生產周期,將陽極溶解周期由原來的21 d 逐步調整為18 d,將陰極周期由剛開始生產的(7 +7 +7)d 調整為(9 +9)d,同時將殘極率控制在13%～14%。調整后,每槽陰極銅出裝時間壓縮為8 h,整個系統(tǒng)年產量增加了0.59 萬t。

同時,為了提高剝片機組的運行效率,保證陰極銅一次剝離率和壓縮機組作業(yè)時間,加強了對不合格陰極板的挑揀工作,由專人對上槽使用的不銹鋼陰極板進行挑選,重新安裝松動的夾邊條、掉落的陰極板,以降低陰極銅連邊率,確保機組運行效率。此外還提高了陽極準備架的使用率。通過采取上述措施改進后,單組出銅時間平均降低了2 h,極大地減輕了機組操作人員勞動強度,陰極銅年產量增加了約0.29 萬t。

通過以上幾項措施,30 萬噸電解系統(tǒng)作業(yè)率逐步提升,由2014 年達產達標初期的94.5%,提升至現(xiàn)在的95%～96%。

2.2 提高電流密度

2.2.1 電流密度提高導致的問題

眾所周知,電流密度是銅電解精煉中最主要的技術指標之一。電流密度和陰極銅產量為正比關系,因此提高電流密度,可以在基本不增加設備的情況下,提高陰極銅產量、勞動生產率和經濟效益。但隨著電流密度的提高,相應的操作管理、工藝控制將發(fā)生變化,需要解決的問題也一一出現(xiàn),主要為:1)槽電壓和陰極電極電位上升,導致比銅電位更正的雜質元素更易析出,影響陰極銅質量;2)短路率增加,電流效率難以控制;3)槽電壓上升,直流電單耗升高;4)陰極附近的銅離子析出速度較快,易出現(xiàn)陽極鈍化現(xiàn)象;5)系統(tǒng)添加劑、電解液成分控制、流量等參數需重新摸索。

2.2.2 應對措施

分析以上問題后,采取以下措施逐一解決:1)通過合理控制電解液中銅離子濃度、硫酸濃度及根據季節(jié)變化控制電解液溫度,進而達到控制槽電壓的目的;2)通過適當提高殘極率來保證直流電單耗值;3)通過強化槽面管理作業(yè)及檢查陰、陽極板的垂懸度來降低短路率;4)通過調整陰極銅添加劑的配比,適當提高電解液循環(huán)速度,以保證陰極銅質量。采取以上措施后,系統(tǒng)電流密度得到逐步穩(wěn)定的提高[1-2]。截至2019 年,電解系統(tǒng)的電流密度超過了設計的300 A/m2,達到了330 A/m2,陰極銅年產量可提高約2.68 萬t。

同時為了防止電流密度提高對電流效率產生不良影響,在調整電解基礎工藝參數的同時,加強槽面管理,確保陰、陽極上槽質量,控制極間短路發(fā)生率,建立極間短路考核機制,確保產品質量和產量。

2.3 修復不銹鋼陰極板

2.3.1 不銹鋼陰極板存在問題

不銹鋼陰極板存在以下問題:1)由于不銹鋼陰極板長時間浸泡在電解液中,電解液中的部分殘膠和雜質粘附在不銹鋼板板面上,影響不銹鋼板的導電性;2)在使用過程中大部分不銹鋼陰極板導電棒出現(xiàn)了變形彎曲的情況;3)由于不銹鋼陰極板底部V 型槽使用了7 年,磨損腐蝕情況較嚴重,嚴重影響機組剝片站的剝離速度。

2.3.2 不銹鋼陰極板修復措施

一方面,為了避免不銹鋼陰極板老化、磨損帶來的諸多生產問題,加大了不銹鋼陰極的維護保養(yǎng)頻次。通過基層班組結構整合調整,增設整板小組,不僅對機組挑揀出的陰極板重新打磨,還對不銹鋼陰極板進行等級分類:對輕微變形的不銹鋼陰極板做簡單修復;對嚴重變形的不銹鋼陰極板進行返廠維修。另一方面,針對長時間高強度生產造成的陰極板導電棒嚴重彎曲的問題,進行了批量穿芯工作和導電棒校直工作。此外,針對V 型槽磨損腐蝕的問題,采用銑刀重新銑槽。

采取上述措施后,不銹鋼陰極板垂直度提高,板面無雜質,在槽面使用過程中,陰極析出質量較好,板面平直,短路率較低,電流效率提高明顯,同時設備使用壽命提高了,陰極銅產量也增加了。

3 效果及分析

30 萬噸銅電解系統(tǒng)自2012 年10 月建成投產以來,陰極銅產能逐年上升(圖1),由2013 年的21.5 萬t 上升到2019 年的33.8 萬t。2019 年,30萬噸銅電解系統(tǒng)陰極銅產量較設計產能提高了約12.6%。通過近7 年的生產,對系統(tǒng)生產組織進行了優(yōu)化,并逐步摸索出30 萬噸銅電解系統(tǒng)在高電流密度條件下的最佳工藝控制參數,在產量逐年攀升的基礎上,陰極銅質量得到進一步保證,取得了良好的經濟效益。

4 結束語

圖1 30 萬噸電解系統(tǒng)2013—2019 年陰極銅產量變化圖

綜上所述,通過采取提高作業(yè)效率、提高電流密度、修復不銹鋼陰極板等工藝措施,30 萬噸銅電解系統(tǒng)產能比設計產能提高了約12.6%,陰極銅的產量和質量得到了保證,取得了良好的經濟效益。未來,針對不銹鋼板導電棒變形嚴重的修復工作,由于現(xiàn)有的壓板機模具限制,部分導電棒縱向變形量超過30 mm,需人工初步校正后再進入壓力機進行校正,維修工作的難度加大,下一步應針對導電棒縱向變形進一步優(yōu)化校正模具,提高模具適應性,降低勞動強度。