戴 超

平行流技術(shù)實質(zhì)是比較新穎的電解精煉技術(shù)，技術(shù)實施階段需綜合噴射裝置保證按照預(yù)定的軌道和速度實現(xiàn)電解液流動控制，保證對反應(yīng)速率的良好把控，以最大限度的規(guī)避陽極鈍化問題和濃度差問題。電解銅是指通過應(yīng)用專門的技術(shù)工藝，將粗銅進(jìn)行通電處理而獲得純銅的過程。電解銅在人們的生產(chǎn)和生活中有著良好的應(yīng)用，在有色金屬領(lǐng)域，其消費價值和應(yīng)用作用近似于鋁，所以國防工業(yè)、建筑工業(yè)、化工工業(yè)、電氣行業(yè)以及機(jī)械制造業(yè)等多個領(lǐng)域已經(jīng)廣泛使用。

1 雙向平行流技術(shù)概述與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 雙向平行流技術(shù)理論

平行流技術(shù)作為一種比較全新的電解精煉工藝手段，在應(yīng)用期間可通過輔助裝置保證電解液按照設(shè)定的軌道和速度流動到相應(yīng)的位置，從而確保對反應(yīng)速率做好良好控制，并保證最大限度的規(guī)避陽極鈍化問題和濃度差問題。電解銅期間，要以法拉第定律為依據(jù)，對陽極板表面上的沉積銅質(zhì)量進(jìn)行計算。沉積銅的質(zhì)量是電流密度值、時間、極板表面積、法拉第常數(shù)、銅離子電荷數(shù)的乘積。電解液在進(jìn)入陰極和陽極板間的時候，以平行的狀態(tài)噴射進(jìn)入，其位置位于陽極板側(cè)下部（上部），速度為0.5m/s～2.5m/s，為電解液提供充足的動能。在陽極表面，電解液向下運(yùn)動，在陰極表面，電解液向上運(yùn)動，在陽極和陰極之間形成良好的內(nèi)循環(huán)，將濃差極化消除的同時，帶動陽極板表層陽極泥塊以最大的速度沉降，既能夠?qū)㈥枠O鈍化問題消除，還可以將陽極鈍化相膜打破，促使生產(chǎn)朝向更高電流密度發(fā)展。高電流在轉(zhuǎn)化期間所產(chǎn)生的熱能，足以保障電解液處于熱平衡狀態(tài)，蒸汽加熱所消耗的能量總體上降低約85%，使得節(jié)能效果日臻顯著。

1.2 平行流技術(shù)流程

為電解槽供液時選擇循環(huán)槽，應(yīng)經(jīng)過變頻泵實現(xiàn)，這種處理方法可靈活性的取代電解循環(huán)系統(tǒng)中的高位槽（實際生產(chǎn)過程中是泵將電解液打入高位槽，再經(jīng)過分液包，均勻給電解槽供液，其中分液包上安裝閥，用于排出電解液流入分液包時產(chǎn)生的氣泡），提高供液效率與穩(wěn)定性。電解槽供液分為兩側(cè)給液和側(cè)面給液兩種方式，一般的進(jìn)液裝置的噴嘴流出電解液，在槽面（電解槽）兩端位置對電解液進(jìn)行匯總處理，并將其返回到循環(huán)槽內(nèi)（上清液槽內(nèi)，再通過將電解液用精細(xì)過濾機(jī)過濾后返回循環(huán)槽）。在出裝槽作業(yè)期間，應(yīng)用循環(huán)電解液壓力和變頻泵設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)鎖，對電解液給液量實施調(diào)節(jié)，自動化完成電解槽給液調(diào)節(jié)（可以通過調(diào)節(jié)分液包出口閥門進(jìn)行液量調(diào)節(jié)）。利用平行流裝置準(zhǔn)確的對陰極板定位，在電解裝槽階段使用自動電解裝用電解槽間和吊車快速且準(zhǔn)確的定位，確保帶有陰極定位器的平行流裝置可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

2 銅電解技術(shù)方法與措施對比分析

2.1 傳統(tǒng)法銅電解技術(shù)

傳統(tǒng)法在中型和小型銅電解生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)被廣泛使用，其憑借成熟且可靠的工藝，特別是綜合自動化和機(jī)械化水平，使得應(yīng)用水平獲得全面提高，加工處理陽極和始極片后，可增強(qiáng)陽極板和陰極板垂直度，保證生產(chǎn)完成的陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。始極片制作具有比較復(fù)雜的工藝手段，必須搭配獨立的生產(chǎn)系統(tǒng)，可見其生產(chǎn)成本很高，強(qiáng)大的勞動力需求也增加了人力成本支出。雖然技術(shù)手段應(yīng)用了機(jī)組，但不能保證始極片質(zhì)量和平直度，特別是在大極板電解期間較為容易發(fā)生短路故障，對陰極銅質(zhì)量產(chǎn)生影響。隨著銅電解規(guī)?；l(fā)展，傳統(tǒng)銅電解技術(shù)在新建設(shè)完成的工廠內(nèi)基本已經(jīng)被淘汰。

2.2 周期反向電流法技術(shù)

周期反向電流法技術(shù)相比較傳統(tǒng)法具有比較高的槽電壓和電流密度，但是其電流效率有效性不足，電能消耗量高出傳統(tǒng)法30%左右。在能源資源緊張和能源費用支出增加的大背景下，周期反向電流技術(shù)的推廣性受到嚴(yán)重制約。所以，從上世紀(jì)九十年代以來，周期反向電流技術(shù)受到各類不良因素的影響而沒有被更進(jìn)一步被推廣使用。

2.3 永久陰極法技術(shù)

永久陰極法技術(shù)比較適合在規(guī)模較大的銅電解生產(chǎn)單位內(nèi)應(yīng)用，這種方法具有小的極距、高電流密度、短陰極周期、低蒸汽耗量、低殘極率、高自動化水平和簡單的流程。這項技術(shù)一次性投資相對較大，但是其優(yōu)點很多，是當(dāng)前新建設(shè)的冶煉廠首先方式之一。

2.4 平行流技術(shù)

2011年7月，平行流技術(shù)首次在我國正式投入生產(chǎn)，隨著技術(shù)更迭和研究成果更新，該技術(shù)手段在銅電解領(lǐng)域獲得廣泛推崇，逐漸取代了常規(guī)不銹鋼永久陰極電解技術(shù)。平行流技術(shù)擁有比較昂貴的噴射裝置，設(shè)備受腐蝕影響程度高，陽極鈍化情節(jié)嚴(yán)重，電解液冷卻和電銅容易長氣孔等問題。按照相關(guān)研究結(jié)果顯示，電極上的擴(kuò)散層厚度最小化是將極限電流密度提高的嶄新突破口。在生產(chǎn)期間要緊緊圍繞著銅離子濃度、電解液酸度、電解液循環(huán)速度以及電解液循環(huán)方式等各影響因素，達(dá)到常規(guī)永久陰極高電流密度電解。高電流密度電解密度值為365A/m2～370A/m2；銅離子（Cu2+）濃度為45g/l～55g/l；硫酸濃度為160g/l～180g/l；Ni離子濃度為≤18g/l；Bi離子濃度為≤0.5g/l；Sb離子濃度為≤0.5g/l；As離子濃度為≤8g/l；電解液溫度值為63℃～67℃；硫脲參數(shù)為45g/tCu～55g/tCu；極間距為100mm；循環(huán)流量為65L/min～90L/min。

3 雙向平行流技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在電解銅生產(chǎn)工廠的經(jīng)營與運(yùn)轉(zhuǎn)期間，雙向平行流技術(shù)獲得推廣，且以應(yīng)用優(yōu)勢得以顯著凸顯。以電解銅現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀為依托，判斷各類生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在技術(shù)應(yīng)用中的應(yīng)用優(yōu)勢。

3.1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

為對雙向平行流技術(shù)方案的應(yīng)用優(yōu)勢形成系統(tǒng)且客觀的認(rèn)識，在分析階段選擇常規(guī)PC電解方案作為對比，作出詳細(xì)說明。將雙向平行流技術(shù)和PC電解方案相同的部分忽略，重點闡述兩者之間的不同，將國內(nèi)氣候環(huán)境相近和生產(chǎn)規(guī)模相同的兩家電解銅生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)營情況作出比較。常規(guī)PC電解技術(shù)電流密度值為280A/m2～320A/m2，陽極周期為18d，陰極周期為9d，槽電壓為0.28V～0.35V，槽面作業(yè)率為95%，電流效率為＜98.5%，每槽陽極數(shù)量為56塊，每槽陰極數(shù)量為55塊，殘極率為＞14%，電解液循環(huán)速度為30L/min～35L/min，噸銅蒸汽單耗為0.21t，噸銅直流電單耗為280kWh～300kWh，噸銅交流電單耗為330kWh～350kWh。雙向平行流技術(shù)電流密度值為350A/m2到400A/m2，陽極周期為16d，陰極周期為8d，槽電壓為0.32V～0.45V，槽面作業(yè)率為98%，電流效率為＞98.5%，每槽陽極數(shù)量為56塊，每槽陰極數(shù)量為55塊，殘極率為13.5%～14%，電解液循環(huán)速度為60L/min～90L/min，噸銅蒸汽單耗為0.02tt，噸銅直流電單耗為300kWh～320kWh，噸銅交流電單耗為350kWh～400kWh。

3.2 主要設(shè)備選型

假設(shè)雙向平行流技術(shù)和PC電解技術(shù)方案均運(yùn)用在新生產(chǎn)廠區(qū)，使用整體樹脂槽作為電解槽，按照350天作為年工作時間進(jìn)行計算。按照兩種方案的工藝技術(shù)參數(shù)計算設(shè)備選型，同時做好合理的車間硬件配置。

常規(guī)PC電解技術(shù)方案需要使用規(guī)格為S=31.5m；Gn=4×8t/3t的兩臺專用吊車；規(guī)格為1010mm×1029mm的46200塊不銹鋼陰極板；20臺短路開關(guān)；1680套用于底管和進(jìn)液彎管的給液裝置；規(guī)格為標(biāo)稱450塊/h的1臺殘疾洗滌機(jī)組；規(guī)格為Q=500m2/h；H=35m的6臺溶液循環(huán)泵；規(guī)格為TMY-300×12、10片的450t電力母線；規(guī)格為標(biāo)稱450塊/h的2臺陽極整形加工機(jī)組；規(guī)格為F=250m2的2臺電解液凈化過濾機(jī)；規(guī)格為F=80m2的6臺板式換熱器；規(guī)格為5840mm×1170mm×1400mm的840臺電解槽；規(guī)格為210V，38kA的2臺整流器。

雙向平行流技術(shù)方案需要使用規(guī)格為S=31.5m；Gn=4×8.5t/3t的4臺專用吊車；規(guī)格為1010mm×1029mm的59840塊不銹鋼陰極板；32臺短路開關(guān)；1088套用于平行流雙側(cè)的給液裝置；規(guī)格為標(biāo)稱450塊/h的1臺殘疾洗滌機(jī)組；規(guī)格為Q=1180m2/h；H=35m的8臺溶液循環(huán)泵；規(guī)格為TMY-300×12、12片的470t電力母線；規(guī)格為標(biāo)稱450塊/h的2臺陽極整形加工機(jī)組；規(guī)格為F=720m2的4臺電解液凈化過濾機(jī)；規(guī)格為F=180m2的8臺板式換熱器；規(guī)格為5840mm×1170mm×1400mm的1088臺電解槽；規(guī)格為180V，48kA的2臺整流器。

從各類指標(biāo)項目對比結(jié)果得知，相比較常規(guī)PC電解技術(shù)而言，雙向平行流技術(shù)在應(yīng)用期間，整體數(shù)值電解槽使用量可大規(guī)模的減少120臺，短路開關(guān)減少2臺，不銹鋼陰極板使用量也減少了6000臺。但是專用吊車、板式換熱器、電力母線、溶液循環(huán)泵等設(shè)備的設(shè)備需求量很大。

3.3 固定資產(chǎn)投資對比

銅電解生產(chǎn)期間，生產(chǎn)企業(yè)固定資產(chǎn)主要包含有設(shè)備安裝資金、購置設(shè)備成本、建造成本支出。按照常規(guī)PC電解技術(shù)和雙向平行流技術(shù)兩種方案主要設(shè)備選型，在布置電解車間廠房的時候，其選擇應(yīng)用的方式為單跨布置方式，在廠房中間配置機(jī)組為槽面作業(yè)率作出嚴(yán)格控制。建設(shè)雙向平行流技術(shù)的主廠房，其占地面積總共為372.4m×33mm，常規(guī)PC電解主廠房建筑面積總共為402.4m×33m。電解車間在建設(shè)期間，不僅要配備好陽極泥濃密壓濾、電解液凈化過濾、電解循環(huán)槽等設(shè)備以外，還需要完成暖通通風(fēng)間、電力配電室等硬件設(shè)備安裝。按照相關(guān)工程施工工藝案例為出發(fā)點，兩種電解銅工藝技術(shù)的附跨配置基本保持相同，所以兩種類型的附跨配置占地面積相差較小。

從設(shè)備對比分析結(jié)果顯示，電力設(shè)備和工藝設(shè)備之間的配置差異相對較大，購置單體設(shè)備以及安裝單體設(shè)備，其資金支出要對市場報價作出綜合分析。雙向平行流技術(shù)方案相比較于常規(guī)PC電解方案可顯著節(jié)省資金支出，建造廠房的成本、購置設(shè)備和安裝設(shè)備的成本支出也小很多。

3.4 經(jīng)營成本對比

電解銅生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營期間，其經(jīng)營成本項目包含有職工薪酬、動力能耗成本、原材料費用支出等。其中，電解銅精煉車間生產(chǎn)所使用的原材料包含有銅陽極板、鹽酸、添加劑以及硫酸，動力成本包含有設(shè)備交流電電能消耗、直流電電能消耗、蒸汽能耗。電解銅生產(chǎn)廠家在銅電解階段，可按照其自身生產(chǎn)運(yùn)行狀況對工作人員數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，同時各個地區(qū)的勞動成本支出也存在差異性，本次方案在研究期間不將職工薪酬差異納入研究范圍。所以，雙向平行流技術(shù)和常規(guī)PC電解技術(shù)方案經(jīng)營成本作出對比。

常規(guī)PC電解方案363kt用量的陽極板，共耗費1631925萬元；142t鹽酸共耗費7.2萬元；36t添加劑共耗費86.4萬元；257t硫酸共耗費3.5萬元。方案實施共計使用2.5×107kWh交流電電能，需要資金投入為1560萬元；共計使用9.0×107kWh直流電電能，需要資金投入5720萬元，63t的蒸汽能耗567萬元。

雙向平行流技術(shù)方案363kt用量的陽極板，共耗費1631925萬元；142t鹽酸共耗費7.2萬元；36t添加劑共耗費86.4萬元；257t硫酸共耗費3.5萬元。方案實施共計使用2.8×107kWh交流電電能，需要資金投入為1780萬元；共計使用9.3×107kWh直流電電能，需要資金投入5912萬元，15kt的蒸汽能耗135萬元。

從經(jīng)營成本對比中可以看的出來，在電解銅年產(chǎn)400kt的規(guī)模下，雙向平行流技術(shù)和常規(guī)PC電解技術(shù)原材料成本支出是保持相同的，但是從動力能耗方面作出比較，卻存在的十分明顯的差異。雙向平行流技術(shù)方案的蒸汽能耗成本支出，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于常規(guī)PC電解，綜合電能消耗量比常規(guī)PC電解方案略高一籌。設(shè)備交流電電能消耗的原因，主要是為了符合雙向平行流技術(shù)溶液循環(huán)量的基本需求，設(shè)備具有比較大的負(fù)荷。所以，相比較常規(guī)PC電解技術(shù)而言，雙向平行流技術(shù)電解成本節(jié)省很多。

3.5 流動資金投資對比

電解車間流動資金投資成本分為中間產(chǎn)品效益、電解車間副產(chǎn)品和槽存銅成本。槽存銅是指在正常的生產(chǎn)經(jīng)營期間，電解車間所需要的銅量累積，主要分為電解槽內(nèi)陽極板含銅量和電解液中的含銅量。電解車間在生產(chǎn)經(jīng)營期間，若是可降低槽存銅的數(shù)量，便可以顯著削減流動資金成本支出，使得投資成本下降。電解車間副產(chǎn)品主要是指陽極泥，陽極泥含有銀元素和金元素等物質(zhì)，在電解生產(chǎn)階段，為提高銀回收含量可選擇降低陰極銅含銀量。電解車間中間產(chǎn)品主要是指電解精煉陽極板后獲得殘陽極。經(jīng)殘極洗滌劑組處理后，殘極經(jīng)過叉車運(yùn)輸?shù)交鸱ㄈ蹮捾囬g精煉爐內(nèi)進(jìn)行重新熔煉。所以，想要降低工廠流動資金投資成本，可降低電解車間殘極量。

槽存銅成本支出。雙向平行流技術(shù)方案選擇高電流密度電解方案，可降低電解槽數(shù)量、電解液用量和槽存陽極銅。兩種技術(shù)方案在應(yīng)用階段，常規(guī)PC電解技術(shù)電解液的含銅量為39t，需要成本支出195萬元，槽內(nèi)陽極板含銅量為17875t，需要成本支出89375萬元；雙向平行流技術(shù)方案的電解液含銅量為34.5t，需要成本支出172.5萬元，槽內(nèi)陽極板的含銅量為15645t，需要資金支出為78225萬元。相比較常規(guī)PC電解技術(shù)，雙向平行流技術(shù)可降低槽存銅量和流動資金支出，每年可大量削減資金周轉(zhuǎn)利息。

銀回收效益。在銅電解精煉期間提高貴金屬回收率，對提高經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)銅冶煉廠資源回收利用效率等，均具有積極意義。金回收率和銀回收率也是衡量電解銅技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵。降低陰極銅含銀量，可間接的增加銀回收率，電解槽內(nèi)溶液在雙向平行流技術(shù)的影響下，呈自上而下流動，與陽極泥沉降方向保持良好的一致性，不會在使用期間使陽極泥在電解液中出現(xiàn)漂浮翻騰的現(xiàn)象。基于銅電解廠試驗數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用雙向平行流技術(shù)陰極銅含量為4×10-6～5×10-6，常規(guī)PC電解技術(shù)陰極銅含量為9×10-6～10×10-6。按照300kt產(chǎn)能規(guī)模，常規(guī)PC電解方案相對于雙向平行流技術(shù)，可減少1.5t銀回收量，價值大約為550萬元。

4 結(jié)語

平行流技術(shù)是一種高效、先進(jìn)的新型銅電解工藝技術(shù)，對提高效率和產(chǎn)能有著十分積極作用。同時在生產(chǎn)實踐期間存在部分問題，比如電解液設(shè)置參數(shù)不當(dāng)、陰極銅結(jié)晶粗糙等問題，這些問題的出現(xiàn)會為平行流技術(shù)發(fā)展造成一定程度的影響。在加工期間也會因為操作不當(dāng)導(dǎo)致問題，實踐效果和生產(chǎn)數(shù)據(jù)為優(yōu)化技術(shù)提供重要數(shù)據(jù)資料。