国内外铜电解乙烯基整体电解槽的探讨

□文/丁克健/

国内外铜电解乙烯基整体电解槽的探讨

□文/丁克健/

The Investigation of Copper Electrolytic Vinyl Overall Electrolyzer

本文介绍了国内外铜电解乙烯基树脂整体电解槽生产厂家发展状况，电解槽结构、特点、性能及应用情况，对铜电解乙烯基树脂整体电解槽和传统混凝土玻璃钢电解槽进行比较，提出了铜电解槽的发展方向。

自从铜电解工艺产生以来，电解槽的防腐问题一直困扰着技术人员，铜电解槽是铜精炼的关键设备，其槽基体防腐蚀构造及施工质量的好坏，将直接影响最终铜产品的产量，同时还会对防腐蚀维修总量和生产成本产生影响。因此铜电解槽防腐蚀方案的确定、施工方法的选择及其施工工艺的改进就显得特别重要。

早在20世纪80年代，国外铜精炼厂开始研究开发乙烯基树脂整体电解槽，并得到应用。随着中国铜行业的迅猛发展，国内也在不断探索和研究乙烯基整体电解槽在铜行业的实验，也取得了可喜的成绩。下面就常见的国内外铜精炼使用的乙烯基树脂整体电解槽进行介绍和探讨。

一、国内外乙烯基整体电解槽生产及应用情况

1. 美国CTI电解槽（图1）

（1）公司介绍

美国CTI公司是由JOHN HARRY在1984年创立的，是集有色行业整体树脂电解槽设计、研发、制造、安装于一体的全球知名公司，也是发明全球第一个整体树脂电解槽的公司。1984～1988年开发了“优尼斯”（unicell）技术，1986年后“优尼斯”技术实现商业化，并成为全球专利。 2010年6月，CTI公司按照其位于比利时布鲁塞尔工厂的布局与生产设备进行设计，拟在中国徐州建CTI中国工厂。

（2）产品结构、特点

电解槽整体浇注：CTI公司是使用溢流口/上清液口/进液管路整体浇注并提供多种管路浇注设计选项的电解槽制造商。整体浇注技术避免了传统水泥电解槽的接缝对电解槽使用寿命的影响，既延长了电解槽的使用寿命，又降低了长期维护成本。

结构强化—绝缘保护：CTI采用独特的非金属高分子定形材料对Unicell电解槽进行内部结构增强，既强化电解槽的结构性能，提高其负载能力，又为电解槽提供绝缘保护，避免短路的发生。

管路、插件预埋：管路和电解槽的各种插接件可根据客户设计要求提前预埋，无需现场制作。为用户安装设备节省大量人力物力和时间。

根据各种不同的用户对进液速度的要求，对电解槽的进液系统进行量身定制。

（3）销售业绩

至2011年初，CTI的乙烯基整体式聚合物混凝土电解槽在全球已经销售超过40000台（包括铜、锌等），产品应用覆盖五大洲市场。

图1 CTI整体电解槽

2. 智利ANCOR TECMIN（Supertank）电解槽（图2）

（1）公司介绍

ANCOR成立于1988年，继而逐渐成为全球第一家大规模生产聚酯混凝土电解槽的公司；TECMIN创立于1992年，是一个技术及聚酯混凝土用高硅成分耐腐蚀骨料的供应商。合资后的ANCOR TECMIN公司是南美洲智利一家具有世界先进技术和专业生产乙烯基树脂整体浇铸电解槽的大型国际领先企业，在美国、智利等国家拥有多项专利技术。2009年中国玻璃钢工业协会常务理事单位——河北可耐特玻璃钢有限公司与智利ANCOR TECMIN公司合资成立河北安泰可耐特电解槽有限公司，是国内专业生产乙烯基树脂整体浇铸电解槽的一家知名公司。

（2）电解槽结构、特点（图3）

图2 ANCOR TECMIN 电解槽

图3 ANCOR TECMIN 电解槽截面图

采用独特配方:乙烯基树脂与石英砂做基料形成的复合材料，防腐效果好，耐高温，易操作。采用世界知名树脂品牌台湾上纬、金陵帝斯曼等（荷兰）。

采用圆角设计：减少内部的热应力，降低槽体的重量，减少基础设施的投入。

防护层：槽内增加3层防护层可以有效的防止槽壁里气泡的贯通，起到防腐、保护内层的效果，增加电解槽的使用寿命。

设计及管件预埋：采用整体式设计，整体管件预埋，减少安装时间。

（3）销售业绩

至2011年初已经生产40000台以上（包括铜、锌、铅、镍等）整体电解槽，产品遍及全球市场。河北安泰可耐特公司目前已生产了大型整体乙烯基树脂电解槽365台，内径尺寸为11000×1330×2360。国内主要应用在江铜、弛宏的会泽与呼伦贝尔以及赤峰库博锌业电解锌项目中。现正在为伊朗国家铜业生产640台铜电解槽。

3. 杭州三耐（图4）

图4 三耐电解槽

（1）公司介绍

杭州三耐环保科技有限公司成立于1997年，公司先后与浙江大学、浙江工业大学等数家科研院校进行技术合作与开发，目前已掌握多项核心自主创新技术。取得多项发明专利。该公司研发的整体电解槽于2007年9月通过了中国有色金属工业协会的科技成果鉴定，填补了国内电解槽整体浇铸工艺的空白。现已建成年产5000台，全球最大的生产线。在此基础上，2009年公司又研发出电解系统整体集成方案，并成功应用于电解生产线。

（2）产品结构、特点

该产品独特配方，主要性能参数均已达到国外同行水平，部分甚至超过。耐腐蚀性能优越，使用寿命长。采用拥有自主知识产权的一次成型浇铸工艺，从根本上解决了传统槽应力收缩、线膨胀和拼装处易渗漏问题，免维护，提高劳动效率。产品强度高、绝缘好、槽壁薄，安全稳定，节省投资。

（3）电解系统整体方案特点

技术全面升级，集成电解槽、各种预埋件、操作平台、管道支架、节电装置等，整体防腐，环境清洁，布局合理、安装简便，节省建设周期和投资成本，便于实现工业化、标准化生产。

（3）销售业绩

2007至2011年已经生产1500余台（包括铜、锌、锰等）整体电解槽，在国内近20余家有色冶炼知名企业得到应用，同时产品已成功进入沙特、哈萨克斯坦、刚果（金）等国家。

二、乙烯基树脂整体电解槽与传统混凝土玻璃钢电解槽比较

1. 使用材料、结构及使用寿命

（1）钢筋混凝土+玻璃钢电解槽

主要由钢筋混凝土、玻璃钢内衬组成，其组成材料的主要成份钢筋混凝土不具备防腐能力。

从结构上说其可分为2层，由里到外分别为玻璃钢防腐层、钢筋混凝土骨架层。无论是内衬式电解槽还是内胆式电解槽其主要的防腐能力为最内层的玻璃钢防腐层，当玻璃钢防腐层一旦出现破损，具有强腐蚀能力的电解液进入钢筋混凝土层，对钢筋混凝土进行侵蚀，造成电解槽主体的损坏，如果发现不及时槽主体损坏严重无法修复时，只能进行整体更换。同时由于玻璃钢层和钢筋混凝土层两种材质不同，热膨胀系数差别很大，极易造成其结合处分离，会出现电解槽玻璃钢层与钢筋混凝土分离现象，减弱了玻璃钢层的承载能力，使其极易破损。

钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽平均使用寿命在5～8年，有的使用不到2年就会出现破损现象。国内内蒙古某厂10万吨铜冶炼586台钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽2005年投入使用，自2010年后就有5%的电解槽开始渗漏。湖北某厂电解二车间也有很多钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽被替换。

（2）乙烯基树脂整体浇注电解槽

乙烯基树脂整体浇注电解槽的主要材料为乙烯基树脂、石英砂，其材料都有着较好的耐腐蚀性。由于采用乙烯基树脂和石英砂做基料，在特定的温度下整体浇注而成，其具有较强的抗压及抗碰撞能力，整体都是防腐的，不存在防腐层和结构层，这就使得该类型的电解槽有着更强的防腐性能。电解槽配件与槽体整体浇注成型，对比传统电解槽的后期粘合安装，使用寿命更长。乙烯基树脂电解槽使用寿命大于20年。

2. 节能降耗

钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽在使用一段时间后，由于电腐蚀及制作原因，漏电比较严重，其主要原因是：

（1）定位针处由于经常挤压和电腐蚀会漏电打黑，甚至着火，以至于不得不让检修部门晚上安排人员抢修。

（2）溢流口也是经常漏液漏电的地方，漏液时必须修补或更换，有时由于修补不及时会漏电。

（3）上清液口和阳极泥口漏电主要是电解槽大小堵破损引起的漏电。

相对于以上两种电解槽来说，乙烯基树脂电解槽绝缘性能要好得多，由于其自身是绝缘体整体制作，并且定位针溢流盒口和大小堵的腐蚀可以避免，不存在漏电现象，由于其本身结构层加强筋不采用钢筋，这就减少了通电条件下槽壁涡流的产生。

3. 检修维护和电解槽利用率

钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽在破损检修时费时较长，一般是一个阴极周期（7～10天），这段时间内该电解槽是没有阴极铜产出的，而且该槽要用短路器短路，使得电能浪费严重，如果接触点清洗不干净还会起火，检修期间电流密度局部过高，电流密度分布不均匀，会产生更多短路增加电耗。而乙烯基树脂电解槽由于是整体浇注，可以做到免维护，在非正常掉落阳极或阴极擦伤电解槽情况下，可以做到即修即用，维修时间不会超过3小时，这就大大减小了维修时间和成本，使电解槽的利用率达到100%（钢筋混凝土+玻璃钢电解槽利用率95%～98%），提高了3%～5%。

4. 减小占地面积，节约投资

钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽壁厚约在115～150mm之间，两者在厂房内占地面积基本相等，而乙烯基树脂电解槽由于其较高的强度，壁厚是70mm，这就大大缩短了整组电解槽的长度，减少了行车作业的距离，提高了行车的作业率。节约的厂房距离内又可多布置6%～10%的电解槽，有利于扩产挖潜，增加产量。另外，厂房的缩短节约了铜母线排的使用，减少了投资。节约出的场地还可以挖潜产能，据估算，20万吨铜电解车间节约的场地面积约为660平方米。

5. 安装时间

钢筋混凝聚土+玻璃钢电解槽混凝土主体制作并安装完毕后，需再做玻璃钢内衬，费工费时，并且还会受到天气和温度的影响，导致玻璃钢衬里质量参差不齐。乙烯基树脂电解槽不需要再做玻璃钢内衬，直接吊装就位后稍作精确调平即可，安装时间大大缩短。以年产20万吨电解铜的项目为例，乙烯基电解槽安装比传统电解槽安装时间可缩短40天。

三、未来发展方向

通过有关数据计算表明，乙烯基树脂浇注电解槽以20年使用计算，20万吨电解铜乙烯基树脂浇注电解槽成本比玻璃钢电解槽至少节约1000万元，乙烯基树脂浇注电解槽在使用寿命、节能降耗、长期投资效益等方面有较大的优势。使用乙烯基树脂整体浇注电解槽不仅设备投资不增加，而且还可提高产量和产品质量，并可降低生产成本。乙烯基树脂铜电解槽在国外已经使用20年，使用效果良好，具有很大的优越性。相信随着铜工业技术水平的不断提高，乙烯基树脂电解槽会在中国铜工业将得到大量推广和应用。

作者单位：西部矿业投资（天津）有限公司

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