铜电解精炼车间设计方案探讨

2011-11-01张春发

资源再生 2011年8期

关键词：阴极铜阳极板电解液

□文/张春发

巴彦淖尔西部铜材有限公司

铜电解精炼车间设计方案探讨

Disscussion of the Electrolytic Re fi ning of Copper Plant Design Scheme

□文/张春发

巴彦淖尔西部铜材有限公司

铜电解精炼即在阳极上的铜溶解，到阴极上析出，同时阳极上的杂质溶解或沉淀到电解液或槽底的一个电化学过程。电解精炼就是一个提纯和贵金属富集的过程。一般的生产企业阴极铜是终端产品，由于该产品的生产周期较长，达7～10天，所以，一旦出现质量问题，将会有大批量的阴极铜报废，给企业带来不可估量的损失。更有甚者，有的企业由于铜电解车间在设计过程中局部工艺或设备选型不合理，造成了开工即停产改造的后果。下面就传统法铜电解车间在设计过程中几点经验与同行分享。

一、车间平面布置

1.车间在设计时如一步达产

建议阴、阳极加工机组选在车间的中间部位，车间一端二楼平台留24米的操作空间，供始极片加工或出残极、阴极铜之用；另一端留18米的操作空间，供出残极、阴极铜之用。这种布局可以达到阴、阳极从车间中部入槽，残极和阴极铜从两侧出去，操作顺畅的效果，工作效率高。

2.车间在设计时，如需分一、二期工程达产

建议阴、阳极加工机组放在车间预留的一端，第二期工程建设时两极加工机组可以刚好放在中间的位置，供第一、二期项目共同使用。第一期工程设计时车间两端都要设置阴极铜烫洗槽和残极冲洗槽。

3.副跨设计

副跨尽量选在主跨车间中部位置，主、副跨之间距离6~8米即可。考虑电解车间工作的特殊性，建议在副跨应考虑设置车间办公室、维修间、职工更衣室、沐浴间及卫生间。

二、工艺选择

到目前为止，铜电解工艺分为常规电解法和永久性电解法。常规电解法即生产始极片工艺，这种工艺适合生产规模100k t/a及以下的企业，这种工艺目前成熟，一次性投资少，设备基本国产化，操作技能易掌握。永久性电解法工艺即不生产始极片工艺，该工艺采用316L不锈钢做永久阴极，省去了始极片制作工序，工艺简单，该工艺的缺点是一次性投资大，这种工艺适合生产规模150k t/a及以上的企业。

传统电解法和永久性电解法指标对比表如表1。

表1 永久性电解法和传统法的技术指标比较（10万吨）

建议生产规模100kt/a的电解工艺选用传统电解工艺为佳。

三、主要设备选择

1.电解槽及防腐材料

电解槽基体采用钢筋混凝土材质。到目前为止，国内电解槽防腐材料较常用的主要有乙烯基树脂、197＃不饱和树脂、环氧树脂等，前两种树脂基本上属于不饱和树脂类，但乙烯基树脂还具有一些饱和树脂特性，在防收缩方面性能优于197＃树脂，其他性能和197＃树脂相近，虽价格昂贵，但应用比197＃树脂广泛，这两种树脂显著优点是在使用时配料简单，操作方便。其缺点是固化收缩率较大，成品极易跟水泥基体分开、脱壳，所以施工时对每道工序的要求很严格。环氧树脂在铜电解车间应用其耐酸、耐温性能都能达到工艺要求，其显著优点就是固化收缩率较小，跟水泥结合比较牢固，粘结力大，不易脱壳。其缺点是树脂在使用时需加温配料，操作程序繁琐。这三种树脂性能如表2。

表2 三种树脂性能比较

表3 三种材质管道性能比较

鉴于以上对比，建议：第一，使用环氧树脂做电解槽防腐材料；第二，用环氧树脂做底涂层，乙烯基树脂做加固外层。

2.电解液循环管道

循环管道材质目前常用的有玻璃钢、硬聚氯乙烯（UPVC）增强聚丙烯（FRPP）等。这三种材质都有很好的耐酸性，但在抗伸缩性能上玻璃钢明显优于后两种材质。性能比较见表3。

根据多家企业使用情况，建议电解液循环管道使用增强聚丙烯材质，其抗衰老性能、耐热性能、抗撞击强度性能等都优于UPVC材质，而工程造价和UPVC相近，且优于玻璃钢。在施工时采用热熔、焊接均可。在循环泵和高位槽之间由于考虑开、停泵而易引起管道剧烈颤动，建议该段管道材质采用不锈钢316L材质或钛材质。

主跨内的供液和回液管道应全部放在平台槽下，绝对禁止放在二楼平台中间走道上，防止被撞坏，便于槽面操作。

3.泵的选择

电解车间循环泵大都采用卧式离心泵或立式液下泵。卧式离心泵需设置平台和循环冷却水系统，占地面积大，卧式泵在停用期间，泵及管道内有硫酸铜结晶，影响下次使用，如果贮槽漏液严重或在突然停电时，会导致电解液淹没泵体。建议使用立式液下泵，泵直接放置于贮槽上方经防腐处理的钢平台上，叶轮距离泵底盘1.2～1.5米高度，如需加长，叶轮下面可用法兰延长液吸入管，此种方法可以防止轴过长而引起泵运转不平稳现象。同时在吸入口要放置一个体积在1m3左右筛网，防止固体物质吸入叶轮内，损坏叶轮。

同时要考虑泵在安装或更换时方便的起吊及运出方式。

4.通风设施的选择

低位槽、高位槽、事故槽等各种电解液贮槽要做到全封闭设计，槽上部应留人孔，进出液孔。有的企业在设计时为了排除酸雾，在每个储槽上面留通风口，所有通风口用玻璃钢管道相连，用玻璃钢风机抽酸雾进酸雾净化塔，经酸碱中和及重离子过滤处理后达标排放。这种工艺在实际生产中浪费较大。建议在设计时取消排风管道和酸雾净化塔及玻璃钢管道，在每个高位槽上部留1~2个通风孔，孔上安装蝶阀，平时关闭，开、停泵时及时打开，防止槽内形成真空而损坏槽体。

副跨两侧的墙上不用留排风机，靠可以自由推拉的窗户通风即可。但整流室及配电室要考虑通风散热，排风机外侧要加挡风板，防止不用时灰尘倒吹进室内，同时也起到了保温作用。

电解主跨的通风靠两侧墙上及顶部的可以自由推拉的天窗完全可以满足需要。

5.阴、阳极机组的选取

（1）阴极加工机组

由于选用传统法电解工艺，阴极加工机组的选择尤为重要。目前，国内有相当部分企业只选用始极片钉耳机，虽做出的阴极质量不错，但劳动强度较大，岗位定员多，而也有部分企业用钉耳机制作出阴极表面不平直，挂耳不对正，导致质量不好，而用阴极机组则效果很好，阴极表面平直，挂耳对正，人员劳动强度低，但其缺点是机组维修力量要求专职，岗位人员要求具有熟练的操作水平。

目前，国产阴极机组已在部分企业应用，比较成功，建议只要条件许可，阴极机组应考虑采用。

（2）阳极机组

由于阳极板在出模时弯曲或在运输过程中碰撞等原因极易造成阳极板的不平，没有平板设备或阳极整形机组的企业只能靠人工用大锤单块平直，同时，往外挑选弯曲阳极板过程比较繁琐，占用操作时间，而阳极板上准备架后则必须用大锤逐块校直耳部，劳动强度大，岗位占用定员多。

建议阳极加工系统可采用阳极加工机组来处理为佳。

四电解液循环方式的选择

1.电解槽内电解液循环方式的选择

到目前为止，电解槽内电解液循环方式主要有：一端进液而另一端出液的上进下出和下进上出二种方式、上部两侧进液底两端出液、底进液上部两侧出液方式，后两种方式在大极板、大极距、大电解槽应用较多，而对于电解槽在5～5.5米以下的、同极距在95mm以下的电解液循环方式建议用传统法循环方式，即一端进液而另一端出液，至于选择上进液还是下进液方式，对产品质量影响不是很大。

2.电解液循环管道的设计

循环管道及低位槽的设计要有利于电解液的沉降。电解液回低位槽时进第一个，从第二个抽出，二个槽体使用高于槽底0.8~1.0米的中间管道联通。而电解液高位槽溢流管、压滤回液管、硫酸加入管、补水管等全部放在第一个槽内，如现场条件允许，二个低位槽做成长方形，使电解液流动由紊流变为层流，有利于气体溢出和阳极泥的沉降，同时泵的吸入端距槽底留有0.5米以上的距离，防止阳极泥从泵头被吸入。

如低位槽只设一个，在泵的吸入口前部设0.5~0.8米高的隔墙，有利于阳极泥的沉降。

五、阴、阳极的匹配设计

1.钛种板的尺寸设计

一般的设计资料介绍：阴极比阳极长25~45mm，宽35~55mm，如果阴极比阳极长、宽太多，则阴极四边易变薄易酥脆。如果考虑始极片裁边，建议刚剥下的始极片比阳极板宽25~30mm，裁边后宽10mm即可；始极片比阳极板长25~30mm，裁边后长5~10mm即可；钛板电积面上沿比阳极板高10mm，确保始极片上边、底边两边不酥脆或不长唇边。