200 kt/a常规不锈钢电解与双向平行流高效电解工艺方案比较

章小兵， 袁剑平， 赵 欣， 胡 青， 毛志锟

(中国瑞林工程技术有限公司，江西 南昌 330002)

200 kt/a常规不锈钢电解与双向平行流高效电解工艺方案比较

章小兵， 袁剑平， 赵 欣， 胡 青， 毛志锟

(中国瑞林工程技术有限公司，江西 南昌 330002)

介绍了双向平行流高效电解工艺，对200 kt/a常规不锈钢电解与双向平行流高效电解工艺方案进行对比，得出在投资、经营成本、占地面积方面双向平行流电解工艺方案优于常规不锈钢电解方案。

铜电解； 双向平行流； 高电流密度

1 双向平行流高效电解工艺介绍

高电流密度电解技术，目前国内外主要有两种，分别是奥地利的PFD技术(Parallel Flow Device)和双向平行流高效电解工艺技术。差别在于电解液进出方式不同，进而电解槽内溶液流场形态不同，与阳极泥沉降方向也不一样。双向平行流高效电解工艺技术电解液流动方向与阳极泥沉降方向一致，可有效提高银回收，克服了高电流密度电解时浓差极化及阳极钝化等问题，确保了阴极铜的质量和电解的正常生产，电解液的高速平行流动使电解槽内的温度、浓度分布更加均匀。

双向平行流电解技术由中国瑞林工程技术有限公司、杭州三耐环保科技有限公司、江西铜业集团贵溪冶炼厂、江西理工大学合作完成，技术起源于日本60年代的游泳池式电解槽技术，1996年中国瑞林在沈新铜电解项目应用过双向平行流电解(单喷嘴)技术，迄今已有16年，应用于传统的始极片电解工艺，电流密度可达300 A/m2。

中国瑞林结合沈新铜电解项目双向平行流技术成功经验，同时借鉴了国外最新高电流密度电解技术，与杭州三耐、江西铜业、江西理工等合作，先后进行了双向平行流高效电解工艺技术仿真研究和双向平行流高电流密度电解工艺的工业化试验，试验结果表明产品质量已达到A级铜指标。研发成功拥有完全自主知识产权的新型双向平行流高效电解工艺及专用装置。该技术取得的主要技经指标如下：

(1)铜电解电流密度≥380 A/m2；

(2) 铜电解电流密度380 A/m2时，直流电耗≤400度/t阴极铜，交流电耗≤450度/t阴极铜；

(3) 电解工序银的直收率提高0.5%。

2015年1月27日，江西省科技厅对“双向平行流高效电解工艺及专用装置”科技成果进行了鉴定。

双向平行流高效电解工艺主要创新点：

(1) 开发出了完全拥有自主知识产权的新型高效双向平行流电解工艺及专用装置；

(2)采用双向平行流工艺铜电解电流密度可提高到380 A/m2以上，提高铜电解单位面积产能25%以上；

(3) 双向平行流上进下出的循环方式有利于阳极泥沉降，有利于提高银的回收率和阴极铜的质量，电解工序银的直收率提高0.5%；

(4) 双向平行流上进下出的溶液循环方式有利于降低溶液进口压力，从而不需要用泵直接供液，减少溶液带入空气量、降低循环系统的能耗；

(5)双向平行流电解工艺采用双向双侧进液，可采用较低的入口流速，降低溶液循环时的动力消耗。

双向平行流电解工艺相对引进技术的特点：

(1)采用贴近阴极板面的双喷嘴双向平行进液，下部出液，溶液分布均匀，可以快速补充阴极板面溶液中的铜离子，减少浓差极化。

(2)经计算机仿真计算，经过极板间溶液量可达50%～70%(传统方式15%～20%)，溶液中的铜离子利用率高。

(3)溶液至上而下流动，与阳极泥沉降方向一致，不会造成阳极泥翻腾漂浮，提高阴极铜质量。

(4)溶液从上口进，不需要太大的供液压力，不需要用泵直接供液，减少动力消耗，减少带入的空气量。

相比引进技术，双向平行流电解工艺除以上优势外，具有绝对价格优势，按20万t/年规模初步估算，引进技术费用(含设备、运输及保险、安装指导及平行流技术的许可证费等，不含电解槽)～6.3万元人民币/只电解槽。而双向平行流电解工艺费用仅为其五分之一左右。

随着企业主对电解过程的低投资、低能耗、高效率要求的越来越高，“双向平行流高效电解工艺及专用装置”得到了广大业主的认可，双向平行流应用情况如下 ：

(1)沈新10万t铜电解，传统法电解，双向平行流(单喷嘴) 设计电流密度260 A/m2，实际生产300 A/m2；

(2)南国30万t铜电解，双向平行流， 设计电流密度350～400 A/m2；

(3)内蒙金峰铜业25万t电解；设计电流密度380 A/m2；

(4)云铜搬迁50万t电解，设计电流密度350～400 A/m2；

(5)杭州富邦铜业10万吨高杂质阳极板电解，设计电流密度300 A/m2。

2 方案对比

以下将对200 kt/a规模下常规不锈钢电解与双向平行流高效电解工艺做综合对比。

2.1 两种方案主要技术经济指标和设计参数

下文方案Ⅰ即常规不锈钢电解，方案Ⅱ即双向平行流高效电解工艺。

本次方案比较主要是对比两个方案有差异的地方，而相同部分(如两个方案的机组数量相同)则不在此次比较的范围内。

主要技术经济指标见表1。

表1 主要技术经济指标

2.2 主要设备选型

主要设备见表2，常规不锈钢电解方案及双向平行流高效电解两种方案均采用乙烯基树脂整体铸造电解槽，电解槽内尺寸为：5 840×1 170×1 400 mm/1 600 mm，方案Ⅱ比方案Ⅰ电解槽数量少96槽。整流器方案Ⅱ比方案Ⅰ电压低6.4 V，方案Ⅱ比方案Ⅰ电流强度高。

表2 主要设备

2.3 投资估算以及费用现值的比较

方案Ⅰ：常规不锈钢电解方案，方案Ⅱ：双向平行流高效电解方案。

本比较选择两方案可比部分进行比较，两方案规模一致，原料投入及产品相同，仅在投资及运营成本上有差异，方案比较拟采用费用现值法进行比较，以费用现值小的为优。根据项目建设方案，方案对20万t规模进行比较。涵盖的范围包括：工艺、土建和电力。

2.3.1 可比建设投资

两种方案厂房及工艺设备比较见表3，可比建设投资比较见表4。

表3 两种方案厂房及主要工艺设备比较

从表3可以看出：

(1)方案Ⅱ(双向平行流高效电解方案)厂房占地面积少，20万t时，少18 m×66.85 m；

(2)电解槽数量少：20万t时少96台,管理方便；

(3)不锈钢阴极板数量少，20万t时少5 824片；

(4)其他相对费用较少的电解液循环泵、净化过滤机、电解液过滤泵、板式换热器数量稍多或能力稍大。

表4 可比建设投资比较 万元

从表4可以看出：20万t规模可比建设投资，方案II比方案I节省1 971.66万元。

2.3.2 可比经营成本

本方案比较选用费用现值法进行比较，即将两比较方案计算期各年费用折算为现值，并将两方案费用现值进行对比，以费用现值较低的方案为优。

可比经营成本详见表5，方案比较按含税价进行。从表5可见，20万t规模下可比投资、可比经营成本方案Ⅱ均比方案Ⅰ小，方案Ⅱ优于方案Ⅰ，具体经估算总费用现值(ic=12%)：方案Ⅱ比方案Ⅰ低2 229.34万元，因此，从财务效益角度，方案Ⅱ均优于方案Ⅰ。

表5 电解方案比较表

备注：表中可比建设投资、制造费用数据为方案Ⅰ减方案Ⅱ后的增量数据。

3 结论

“双向平行流高效电解工艺及专用装置”通过改变溶液流动方式和相关工艺参数，铜电解电流密度可提高到380 A/m2及以上，产品质量达到高纯阴极铜质量标准，双向平行流动以及上进下出的溶液循环方式有利于减少浓差极化并实现电流密度的提高；有利于阳极泥沉降，电解工序银的直收率提高0.5%，该技术和装备可提高产能25%以上，有利于降低电解工程投资、减少流动资金占用，有利于降低经营成本，双向平行流高效电解工艺及专用装置达到国际先进水平。

本文对200 kt/a常规不锈钢电解与双向平行流高效电解工艺方案进行了比较，得出：

(1)电解厂房占地，方案Ⅱ比方案Ⅰ少18 m×66.85 m；

(2)可比建设投资，方案Ⅱ比方案Ⅰ节省1 971.66万元；

(3)经估算总费用现值(ic=12%)：方案Ⅱ比方案Ⅰ低2 229.34万元。

综合考虑，无论从工艺角度还是从财务角度来说，方案Ⅱ(双向平行流高效电解)均优于方案Ⅰ(常规不锈钢电解方案)。

200 kt/a conventional stainless steel electrolytic compared with the two-way parallel flow efficient electrolytic process

ZHANG Xiao-bing, YUAN Jian-ping, ZHAO Xin, HU Qing, MAO Zhi-kun

This paper introduced the two-way parallel flow efficient electrolytic process, 200 kt/a conventional stainless steel electrolytic compared with the two-way parallel flow efficient electrolytic process draw a conclusion that: the two-way parallel flow electrolytic process is superior to the conventional stainless steel electrolytic in field of investment, cost and cover area.

copper electrolytic; two-way parallel flow; high current density

章小兵(1977—)，男，江西余干人，硕士，工程师，主要从事冶金研究设计工作。

2015-10-19

TF811

B

1672-6103(2016)01-0010-03