銅電解精煉過程中的節能措施與實踐

別良偉

(金川集團有限公司精煉廠，甘肅金昌 737100)

銅電解精煉過程中的節能措施與實踐

別良偉

(金川集團有限公司精煉廠，甘肅金昌 737100)

本文結合生產實踐，針對銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗的問題進行了分析，研究了電解液溫度、電解液成分、電流密度、添加劑、陰陽極周期和極間短路對電消耗的影響，同時研究了電解液溫度、陰極銅燙洗、換熱器熱效率和氣候因素蒸汽消耗的影響，通過嚴格控制相關電解工藝技術條件等措施，達到了銅電解精煉過程中節能降耗的目的，這對傳統銅電解技術水平的提升具有重要的實際意義。

銅電解精煉;電解液;電消耗;蒸汽消耗

1 前言

在銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗是主要的能源消耗，因此，做好電消耗與蒸汽消耗的節能降耗工作是降低電解銅的綜合成本，提高產品的市場競爭力的關鍵所在。2010年國內某公司陰極銅產品的生產規模為400kt/a，其中小極板電解系統處理自產料銅陽極板能力為60kt/a，產出48kt/a標準陰極銅;大極板電解系統處理礦銅陽極板能力為440kt/a，產出350kt/a高純陰極銅。小極板和大極板電解系統工藝均采用傳統法電解工藝技術，銅電解的能耗主要是指電消耗和蒸汽消耗，這兩項之和約占總能耗的99.0%～99.5%以上，可見銅電解精煉過程中節能的關鍵是節電和節汽。

2010年，國內某公司大板電解系統處理外購料中電耗指標為440～460kW·h/t·Cu，蒸汽消耗指標為1.7～1.9t/t.Cu，為了降低陰極銅的生產成本和車間加工費，優化和提高銅電解精煉過程中的主要技術經濟指標，從而達到節能降耗的目的。本文針對銅電解精煉過程中電消耗和蒸汽消耗耗的問題進行了分析，并采取了相應的措施進行控制和解決。

2 影響電單耗的主要因素［1－2］

銅電解車間電耗有兩種，一種是直流電單耗，一種是交流電單耗，它是電解銅生產的關鍵指標，它綜合反映了電解銅生產的技術水平和經濟效果。交流電單耗是指單位產品陰極銅所消耗的交流電量。交流電電耗量包括高壓和低壓交流電的全部消耗量，一般包含機電設備用電，生活生產用電等。影響交流電單耗的因素主要有用電設備的電能利用率;用電設備的選擇配置及合理使用;用電的管理等方面。

直流電單耗是指單位產品陰極銅所消耗的直流電量。直流電消耗量包括生產槽、種板槽、脫銅槽、再用殘極槽耗電量，以及漏電、線路損失等直流電消耗量。直流電單耗大體可以分為有效單耗和無效單耗兩部分，無效單耗為線路等損失，一般較小，可以忽略不計，有效電耗與槽電壓及每噸陰極銅所消耗電量存在如下關系:

式中W:直流電單耗，kW·h/t;V:槽電壓，V; η:電流效率，%;1.1852:銅的電化當量，g/A.h。

上式(1)表明，電耗隨槽電壓的降低及電流效率的提高而減小，其中槽電壓的影響最大。因此，通過分析與生產實踐，得出影響電耗的主要因素如下:

(1)電解液溫度。合適的電解液溫度，對降低電耗有重要的作用。電解液溫度過低，會造成電解液粘度增大，各種離子的擴散速度減慢，必將增加電解液的電阻，從而使槽電壓升高，電耗增加。

(2)電解液成份。陽極板中的雜質在溶液中的積累，使硫酸銅的溶解度減小，增大電解液的密度和粘度使陽極泥沉降速度減慢，增加電解液中漂浮陽極泥的含量，加大了懸浮物對陰極銅的污染程度，導致陰極銅的質量降低，還會使電解液的電阻增大，槽電壓升高，電耗升高。因此控制好電解液的成份對于降低槽電壓顯得很重要。

(3)電流密度。提高電流密度會使陰、陽極電位差加大，同時電解液的電壓降、接觸點和導體上的電壓損失增加，從而增加了槽電壓和電解的直流電耗。

(4)陰陽極周期。陽極周期的長短與陽極自身的重量、殘極率、電流效率、電流密度有直接關系。在其它條件相同的情況下，陰、陽極周期越短，出裝槽作業越頻繁，增加了勞動強度和設備能源的損耗，陰、陽極周期太長，除了影響陰極銅質量外，使生產資金占用額增加。

(5)電解液的循環量。在電解過程中，電解液必須不斷地循環流動，以保持電解槽內電解液溫度均勻，濃度均勻，但是在電解精煉過程中可以產生電極極化和濃差極化，由于極化的結果，產生反電動勢，使槽電壓升高，電耗增加。

(5)加強添加劑的監控。設專人控制添(6)添加劑。適量的添加劑可使陰極銅結構致密、表面光滑、雜質含量減少，但添加劑過多，槽電壓也會隨之上升，造成電耗增加。

(7)極間短路。極間短路是電流效率下降的主要原因之一，造成短路的原因有:陰、陽極板的加工精度和垂直懸掛度差，陰陽極排列不均，極距的縮短，會使極間的短路接觸增多，引起電流效率下降，個別電極電流密度大，生成粒子引起短路，相鄰槽同種電極接觸等。

3 影響蒸汽單耗的主要因素

蒸汽單耗是指單位產品陰極銅所消耗的蒸汽量。蒸汽消耗量為生產、生活等蒸汽消耗總量，它主要與電解槽及各類貯槽的表面覆蓋和槽壁保溫措施有關。在無措施的情況下一般為1.0～1.5t/t.Cu，當電解槽面采用覆蓋、槽壁及管道采取保溫措施并將各貯槽加蓋的情況下，蒸汽消耗一般為0.2～0.6 t/t.Cu。影響蒸汽單耗的主要因素:

(1)電解液溫度。電解液的溫度越高，與周圍空氣的溫度差越大，散熱損失也就越大，給電解液加溫要補充的熱量也就越多。

(2)陰極銅燙洗。除電解液加溫外，陰極銅燙洗消耗的蒸汽量也很大。

(3)換熱器熱效率。在加溫電解過程中，換熱器換熱效率高，可以直接節省蒸汽。

(4)氣候影響。北方和海拔較高的地區因季節性氣候的變化，一般比南方工廠蒸汽單耗大。

4 降低電消耗與蒸汽消耗的措施

針對以上的分析，在實際生產過程中，該公司銅電解車間著重采取了以下措施來減少電消耗和蒸汽消耗:

(1)嚴格加強出裝槽作業管理。杜絕不合格陽極板和始極片入槽，確保極距均勻并符合工藝要求，從而大大減少了陰、陽極短路的可能，提高了電流效率，降低了電耗。

(2)嚴格控制電解液成份。根據原料的來源，制定了嚴格的工藝技術操作規程，并要求每天抽取化驗電解液樣，以便及時掌握、調整電解液的成份及采取必要的防范措施，降低電解液的電阻，從而降低槽電壓，降低電耗。

(3)嚴格控制電解液的溫度電解液的溫度應保持在60～65℃，有利于降低電解液的粘度，使漂浮的陽極泥容易沉降，增加各種離子的擴散速度，減少電解液的電阻，從而提高電解液的導電率、降低電解槽的電壓降，減少銅電解生產的電能消耗。

(4)選取合適的電流密度。根據工藝的要求選擇適當的電流密度，適時調整電解液的循環量，使電解液成份均勻，有效地降低濃差極化作用，降低槽電壓及電耗［3］。

加劑的加入量，并根據工藝的變化即時調整添加劑的配方，避免添加劑過量而引起槽電壓上升，電耗增加。

(6)用電設備的選型。節電還應合理選擇設備，降低低壓用電，同時要嚴格做好照明管理。

(7)加強槽面管理。做好極間短路和燒板的檢測與處理工作，同時為確保各觸點接觸良好，要求裝槽、出銅時必須擦亮接觸點和用電解液淋洗導電棒等，以降低接觸電阻，降低槽電壓［4］。

(8)做好電解槽及其他槽罐的保溫措施。對循環系統的槽、罐和溜槽加蓋，大大地減少了電解槽等設備的對流、輻射放熱，對槽罐和管道做好保溫措施，同時在電解槽上面覆蓋槽蓋布，減少蒸汽消耗［5］。

(9)換熱設備的選取。可以采用換熱效率更高的鈦板式換熱器，一方面降低了蒸汽波動對電解的影響;另一方面提高了熱效率，降低了蒸汽消耗，節約了能源［6］。同時也要做好熱交換器的清洗工作，更有利于提高熱交換效率，降低蒸汽消耗。

5 結論

通過采取以上有效措施，2010年上半年該公司銅電解車間大板電解系統處理外購料的電消耗已降為430～440kW·h/t·Cu，蒸汽消耗已降為1.2～1.5t/t.Cu，降低陰極銅的生產成本和車間加工費，同時也提高了該企業銅電解精煉過程中的主要技術水平，從而實現了企業的節能降耗。

［1］有色金屬提取冶金手冊編委會.有色金屬提取冶金手冊(銅鎳卷)［M］.北京:冶金工業出版社，2000.

［2］朱祖澤，賀家齊.現代銅冶金學［M］.北京:科學出版社，2003.

［3］張杰.電解銅工藝的節能措施及效果［J］.有色礦冶，2010.

［4］李公建.淺談銅電解生產過程中降低槽電壓的途徑［J］.甘肅冶金，2010.

［5］李建民.槽蓋布在銅電解中的應用［J］.中國有色冶金，2004.

［6］李寶文.侯馬冶煉廠50kt/a銅電解設計與生產實踐［J］.銅業工程，2007.

Energy Saving Measures and Practice in Copper Electrolytic Refining Process

BIE Liang－wei

(Refinery of Jinchuan Group Limited，Jinchang，Gansu，China 737100)

Combining with the production practice，the causes for the issues of electricity consumption and steam consumption in copper electrolytic refining process are analyzed in this article.The effects of electrolytic temperature，electrolytic composition，current density，additives，anode and cathode cycle and short circuit to electricity consumption are investigated in this article.At the same time，the factors including temperature of the electrolytic solution，cathode hot wash，thermal efficiency of heat exchanger and climate which impacting steam consumption are also studied in this article.The purpose of energy saving can be achieved by controlling related electrolysis processing technology condition.It also had vital practical significance meaning for improving traditional copper electrolysis technology level.

copper electrolytic refining;electrolyte;electricity consumption;steam consumption

TF811

B

1009－3842(2011)01－0043－03

2010－11－19

別良偉(1981－)，男，漢族，河南南陽人，工學碩士，冶金工程師，主要從事銅電解生產技術管理工作，E－mail:bie－liangwei@163.com