永久阴极电解法炼铜(阴极电解铜生产设备) 永久不锈钢阴极法(铜电解技术):& nbsp；& nbsp一、永久不锈钢阴极法:& nbsp& nbsp目前世界上铜电解精炼工艺有两种:传统电解和永久不锈钢阴极电解。 & nbsp& nbsp& nbsp传统方法在中国已生产多年，技术成熟可靠。 特别是采用机械化、自动化程度高的阴、阳极加工设备后，阴、阳极板的垂直度得到适当提高，可以生产出更好的阴极产品。 但起动极片的制造工艺复杂，需要独立的生产系统，劳动强度大。 虽然使用了板材加工机组，但由于始极片是0.6mm的铜片，由于其质地较软，平整度难以保证，特别是在大板电解的生产过程中，容易发生短路，影响阴极铜的质量。 & nbsp& nbsp& nbsp然而，长效不锈钢电极法以其独特的优势受到铜冶金行业的青睐，并在国内外得到广泛应用。 不锈钢阴极法由澳大利亚PTY铜精炼有限公司汤斯维尔冶炼厂于1978年首次开发并投入批量生产，简称ISA法。 然后在1986年，加拿大鹰桥公司的Chidreck冶炼厂开发了另一种不锈钢阴极电解技术，称为KIDD法。 此外，芬兰Outokumpu公司开发的OK不锈钢阴极法已于2004年投入工业生产。 这三种工艺发展的背景是记录垂直均匀性好的平面阴极。它们的工艺原理和技术指标基本相同，单位设备进口价格相差不大，主要表现在包边形式、导电棒结构和底部结构，阴极板表面粗糙度略有不同。表1列出了这三个过程的相似之处和不同之处。 1 & nbsp三种不锈钢阴极工艺异同ISA法KIDD法OK法阴极板:材质为316L不锈钢，3.25mm，表面光洁度为2b (0.45 ~ 0.6μ m)。阴极板的垂直度从挂杆中心线到板底为5.5毫米。阴极板底边开有90 V形槽，剥离两块单独的铜板。材质为316L不锈钢，厚度为3.25mm，表面光洁度为2b (< 0.6μ m)。阴极板的垂直度从挂杆中心线到板底为5.5毫米。阴极底边有一个90°的V形槽，两块剥离的铜板呈W形连接。材质为316L，不锈钢，厚度为3.25mm，表面光洁度为2b (0.3 ~ 0.5μ m)。阴极板的垂直度从挂杆中心线到板底两角为5.5毫米。阴极板的底边有一个90°的V形槽，两个单独的铜导电棒被剥离。采用中间空矩形截面(或工字形截面)、两端封闭的304L不锈钢棒材；与阴极母板压焊，并镀铜。涂层厚度为2.5毫米，覆盖所有焊缝并延伸至阴极板。采用实心纯钢棒，铜棒用不锈钢套管包裹牢固，强度高；不锈钢板和铜条用铜焊料焊接，不锈钢套筒和不锈钢板用不锈钢焊料焊接；不锈钢套管与铜焊缝之间的间隙用非化学反应填料密封。采用实心铜芯包裹全长不锈钢(316L)护套，经专利冶金工艺粘结成一体，强度高；暴露出与导电条接触区域中的铜；与板的导电条，激光焊接用于焊接边条。一开始用的是PVC挤出，使用寿命短；现在使用聚丙烯挤出，使用寿命更长。聚丙烯材料经过压铸和热处理，使用寿命长。聚乙烯强度挤出成型的阴极单元，几毫米窄边条，使用寿命长:需要配套ISA工艺阴极洗剥单元:需要KIDD工艺阴极洗剥单元:需要OK工艺阴极洗剥单元有其他识别码，识别码，识别码:& nbsp& nbsp由于用不锈钢阴极代替了传统工艺的启动极片，该工艺的技术指标大大提高，优于传统工艺。 表2显示了传统工艺和不锈钢阴极工艺设备的设计参数和指标。 & nbsp2 & nbsp两个工厂的设计参数和指标。单个单元指示器。单位指标。传统的不锈钢阴极法。传统的不锈钢阴极法。生产能力10，000 t/a2022交流电耗KWH/t Cu 370，430。电解车间建筑面积为m2420.4×55354.5×55。蒸汽单耗为t/t Cu 0.80.3。电解槽内部尺寸为mm 5970×1170×1400/1005840×1170×1400/1600硫酸单耗Kg/t Cu55电解槽数量868720阳极成型机组1台(国内)1台(国内)阳极尺寸mm1000×9601000×960如极片加工机组1台(国内):阴极尺寸mm1020×9801010 及备用机组一台(国产):每槽阴极5354阴极洗剥机组若干台:1(进口)同极中心距为mm105100残极机组平台1(国产)1(国产)电流密度A/m2240280电解专用吊车平台2(国产吊车体、吊具进口)2(进口)阳极循环d2421净化过滤平台2(进口)2(进口)阴极循环d127项目投资10000元45 14453 792残& 792 & nbsp& nbsp电压v 0.26 ~ 0.30 . 3 ~ 0.35:& nbsp；& nbsp& nbsp当前效率% 9696:& nbsp；& nbsp& nbsp小时槽利用率% 9696:& nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp从表中可以看出，不锈钢阴极电解精炼工艺指标的主要特点是:(1)极距小，电流密度高:由于阴极平直，不易短路，不锈钢阴极可以采用较小的极距和较高的电流密度。 (2)阴极周期短:不锈钢阴极法一般采用较短的阴极周期，一般为6 ~ 8天，一般为阳极周期的1/3。 能在短时间内减少阴极铜生长颗粒的机会，有利于阴极铜质量的保证。 (3)残极率低:由于不锈钢阴极扁平，电源线分布均匀，不易短路，阳极溶解更均匀，残极率可降至12% ~ 16%，电解后期不会形成大孔或破槽。 传统大极板电解的残极率一般在18% ~ 20%。 (4)蒸汽消耗低:传统法每吨阴极铜平均蒸汽消耗在0.8t左右，不锈钢阴极法在0.4t以下。 & nbsp& nbsp& nbsp从表中也可以看出，不锈钢阴极工艺整体组装水平高于传统工艺，进口设备范围广。 因此，不锈钢阴极法的投资比传统法多8649万元，主要是进口设备的外汇，特别是由于最近不锈钢涨价。 如果排除进口设备的成本，不锈钢阴极法节省了一套种板系统，减少了148台电解槽，因此在电解槽、导电系统、管道、厂房面积等方面可节省大量成本，估计约1.23亿元。 取消了复杂的起动极片制造系统，简化了生产工艺，提高了生产效率。 而且不容易造成短路，可以采用更高的电流密度和更小的极距，单位面积产量高，综合能耗低。 因此，采用不锈钢电解工艺更有利于保证产品质量，降低生产成本，提高产品竞争力，适应长远发展。 据相关数据显示，到2006年，采用不锈钢阴极法的电解精炼厂已超过40家，铜产量占世界总产量的60%以上。 虽然在国内起步较晚，但已经普及。目前已有三家大型冶炼厂采用。 表3列出了采用不锈钢阴极法的主要制造商。 表3:世界上采用不锈钢阴极法的主要厂家名称生产能力t/a生产日期不锈钢阴极法:Townsville(澳大利亚)2700001978/1998 ISA & nbsp:Olympic Dam(澳大利亚)2150001988 ISA:Norddursche affinierieag(德国)3700001989/1992ISA :大西洋铜业(西班牙)2350001995/2000ISA :联合矿业公司(比利时 400001998基德:黄金铜业公司20002007基德:LXML赛邦铜业(老挝)60002004 OK:peno les s . A/Compania Minera La parre an(墨西哥)450002004 OK: JSC克什蒂姆铜精炼厂(俄国)400002005OK山东祥光铜业公司20002007 OK:& nbsp； & nbsp二。平衡电流绝缘板导电装置:& nbsp& nbsp平衡电流绝缘板导电装置是一项成功的技术。与国外双接触导电技术原理相同。可以降低接触点的接触压降，解决电解槽电流分布不均匀的问题，为提高电流密度、提高生产率、提高阴极铜质量、降低电耗奠定物质基础。目前已在国内几家冶炼厂实践。 & nbsp& nbsp& nbsp(1)结构特点 工作原理:& nbsp；& nbsp电流平衡绝缘板的导电装置由绝缘材料和铜板组成。 该装置的结构特点是保证同极之间的导通状态，隔离两极，使同极的电流和电压达到稳定平衡的状态。 铜电解槽上的阳极和阴极都是一端接触，这样阳极和阴极的两端同时接触同一极性，形成两个接触点，同时导电。与传统的传统方法相比，每个电极的接触点增加一个，导电截面增加一倍。根据欧姆定律，在其他条件下，导电截面增大一倍，电阻值增大一倍，接触点的压降减小。 平衡电流绝缘板的导电装置见图1。 & nbsp1 & nbsp平衡绝缘板导电装置示意图1-绝缘板；2-导电板:& nbsp& nbsp& nbsp(二)优势& nbsp& nbsp& nbsp平衡电流绝缘板导电装置运行以来，在各冶炼厂都发挥了一定的作用，主要表现在以下几个方面:& nbsp& nbsp& nbsp1、电解槽电流分布均匀。 铜电解过程中电流分布不均匀对阴极铜的生产有不利影响，就像一个电解槽生产的阴极铜厚度明显不均匀一样；阴极铜表面容易产生颗粒，外观质量不好，合格率下降。因为颗粒在阴极表面生长，容易造成短路，电流效率下降。 虽然造成电流分布不均匀的因素很多，但实践证明，接触点接触不良是主要因素。 采用平衡电流绝缘板导电装置，大大改善了接触不良，使电流分布更加均匀。 见表4某厂实测阴极电流值。 表4:常规绝缘板和平衡电流绝缘板的比较；传统绝缘板与平衡电流绝缘板的区别:玻璃钢或其他绝缘材料；特种复合橡胶+t1:阴极电流值Imax，A800550:阴极电流值Imax，A200450: I delta，A600100 & nbsp电压，v 0.3420.3430.3410.3440.3430.3420.3380.3390.340.339-0.002-0.005-0.002-0.004-0.000 & nbsp；& nbsp2.适当降低电解槽电压。 在铜电解过程中，槽电压是影响DC电耗的一个重要指标，其影响比电流效率更显著。 只要一般操作或技术条件控制稍有不当，槽电压就会上升几十个百分点甚至几十倍。 电解槽电压主要包括阳极电位、阴极电位、电解质电阻引起的电压降、导体上的电压降和槽内各接触点的电压降等。 因此，电压受多种因素的影响，如电流密度、极距、电解液成分、阳极成分、温度、接触点的接触情况等。 据统计，每个接触点和金属导体的压降会占槽电压的7.9% ~ 42%。 生产实践证明，带平衡电流绝缘板的导电装置比不带该装置的槽电压降低约0.002V。 见表4某厂实测阴极电流值。 & nbsp& nbsp& nbsp3.电解功耗降低。 随着槽电压的降低，电解DC电耗降低。根据P=1000V/1.185η，在恒定电流效率η下，电池电压V降低，功耗P降低。如果V降低0.002V，则降低约2 kWh/t Cu。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp4.提高产品质量。 电解铜外观质量提高，产品实物合格率可提高10%。 & nbsp& nbsp& nbsp5.增加产量。 在同等条件下，电流密度可提高10%左右，即产能可提高10%。 & nbsp& nbsp& nbsp采用均流绝缘板导电装置，不仅降低了运行成本，提高了产品质量和产量，而且减少了同规模的直接投资，综合效益好。 目前，国内外铜电解采用双接触导电或平衡电流绝缘板已成为一种趋势。 & nbsp& nbsp& nbsp三。控制系统的优化:& nbsp& nbsp(1)控制短路系统的优化:& nbsp& nbsp众所周知，在铜电解精炼过程中，在整个阴极循环过程中使槽电压保持在最佳水平，是获得高质量阴极铜、高效率、良好电解操作性能和高经济效益的关键。 电解槽中的电压变化能及时反映电解槽中的重要现象。 特别是当阳极和阴极之间形成短路时，电池电压将显著变化。 短路降低了电流效率，导致阴极质量下降，增加了残极率和对槽面劳动力的需求。 因此，必须加强电解槽表面的管理，以便及时了解电解槽的短路现象。 多年来，有许多检查短路的方法。 比如国内普遍使用手拉式短路检测仪，国外很多厂家相继使用了高斯计、红外扫描(手持摄像机)热跟踪枪、手持热电极检测仪等。 但先进的现代化工厂都要配备电压扫描监控系统，可以通过计算机监控槽电压的异常变化。 & nbsp& nbsp& nbsp过去，一些铜冶炼厂经常使用传统的硬连线槽电压监测系统来帮助识别短路。 这些硬连线系统的优点是减少了人工短路筛选的需要，短路消除更加有效和及时。 然而，这种检测虽然很简单，但复杂的硬线系统因为有几十公里的硬线连接、光学电压隔离装置、校准和电压差测量，很难稳定，维修率高。 在腐蚀性介质和强磁场环境中，对硬线系统是一个严峻的挑战。 因此，这个系统很少使用。 & nbsp& nbsp& nbsp目前，由肯尼科特犹他铜业公司和奥托昆普科技公司开发的槽电压和槽温度监测系统已经在工业上得到应用。 它基于先进的无线传感技术，具有良好的数据质量和先进的自诊断功能。 它解决了很多关于硬线系统维护的问题，而且没有腐蚀，不需要线缆校准和管理。单个储罐传感器可以监控一个或两个储罐的电压和温度。 & nbsp& nbsp& nbsp(二)无线传感器监控系统的组成& nbsp；优点:& nbsp；& nbsp电解车间无线传感器监控系统由无线传感器、协调器、网关、服务器和浏览器组成。 小型无线传感器通过简单的机构安装在电解槽上。 传感器通过一根短线连接到电解槽的母线上。 固定温度检测器被放入罐中并连接到监控电路。 传感器由电解池的低电压(0.14 ~ 0.5 V)供电。 & nbsp& nbsp& nbsp电池的电压和温度数据在传感器的电路板上进行处理，然后以无线方式发送到电池传感器网络，并直接发送到服务器。 这种专利网络结构和协议是为无线低功耗设备设计的。 它具有耐久性、高可靠性、高数据吞吐量等重要特点，特别适合运行在复杂的工业环境中。 & nbsp& nbsp& nbsp无线传感器监控系统在电解车间应用后，不仅提高了产品质量和作业率，而且在提高电解车间的控制水平、工作环境、安全、维护和管理水平等方面具有诸多优势。 该系统可以实时检查整个电解车间的生产状态，同时可以集中所有偏差，及时采取纠正措施。 其优点如下:& nbsp& nbsp& nbsp1、短路消除效率大大提高。 传统的人工短路筛选是一个缓慢的劳动密集型过程，每天要进行一到两次。 在电解槽里往上走，下一次会扰动电解槽里的阳极泥，甚至会往下掉。 在短路的情况下，需要手动移除导致短路的电极颗粒，或者重新定位未正确布置的阳极或阴极。 所以劳动强度大，机械操作难度大，这些都会影响阴极铜的质量。 & nbsp& nbsp& nbsp无线传感器监控系统可以在早期检测到短路故障，使人们可以集中精力对问题最严重的电解槽进行处理，并可以快速优先地进行干预，优化效果。 在短路形成的初始阶段立即进行处理，不仅减少了短路的总数，而且对阴极的质量和不锈钢板的耐久性也有积极的影响。 同时，减少了正常生产状态下电解槽不必要的短路筛选，提高了整体工作的有效性，提高了操作人员的安全性。 & nbsp& nbsp& nbsp2.电解质温度的实时监控 电解液温度也是铜电解精炼的重要变量，其温度直接影响阴极铜的质量、能耗和消耗。 & nbsp& nbsp& nbsp在实际生产中，会引起温度变化的原因有很多。比如最常见的情况是电解液流动缓慢会导致电解槽溶液温度下降。流动阻塞的程度可以通过温度测量来确定。 当然，电解槽没有覆盖保温或者电解车间的门开着，也会造成电解液温度下降。 运行时，可根据监控系统的温度趋势图实施实时监控。 如果电解槽的温度一直偏离最佳电解温度，则表明电解槽的电解液流速可能有问题。 或者重新通电时电解槽温度过低，或者温度达到极限时没有重新通电，监控系统都会及时处理。 因此，无线传感器监控系统是改善电解车间工艺运行条件的最佳工具。 & nbsp& nbsp& nbsp3.数据可靠，质量高，有利于优化精炼分析。 无线传感器监控系统根据无线通信操作，并由电解槽的总线电压供电。 避免了腐蚀和大量的磁场干扰，也没有复杂的隔离器和传统的难以布线的器件，在没有电源的情况下更容易获得可靠的实时数据。 & nbsp& nbsp& nbsp无线传感器监控系统可以提供电解精炼的实时状态，并直接有效地管理大量的和平数据流。 通过使用网络用户界面上的图形信息或历史数据，可以改进或优化日常程序，并且可以清楚地指出有问题的电解槽，从而操作者可以提高效率并集中精力优化重要部件和电解槽。 它还可以提供增加生产能力和电流密度的机会。 & nbsp& nbsp& nbsp4.安装简单，维护量少。 无线传感器监控系统不需要使用硬布线，也不需要使用维护要求高的复杂现场仪表测量系统。 无线传感器可以简单的连接到电解槽上，维护简单，需要接线的部件少，不需要仪表校准，先进的自诊断功能可以自动识别故障。 总之，这种用先进的无线电设备监测电解槽电压和电解质温度的新技术已逐渐被冶金行业所接受。 Kennecott炼油厂的实践证明，该技术在电解槽传感器监控系统中的应用，完善了多项炼油厂运行参数的实时数据监控和评价功能，提高了运行效率，改善了安全环境，甚至高于阴极铜的质量标准。 & nbsp& nbsp& nbsp四。结论& nbsp& nbsp近年来，随着铜价的上涨，铜的电解精炼各种技术突飞猛进，各种新技术在各冶炼厂悄然兴起。笔者仅介绍近年来设计或生产中采用的主要新技术，可供同行参考。 关键词:标签:有色金属
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