國內外銅電解乙烯基整體電解槽的探討

□文/丁克健/

國內外銅電解乙烯基整體電解槽的探討

□文/丁克健/

The Investigation of Copper Electrolytic Vinyl Overall Electrolyzer

本文介紹了國內外銅電解乙烯基樹脂整體電解槽生產廠家發展狀況，電解槽結構、特點、性能及應用情況，對銅電解乙烯基樹脂整體電解槽和傳統混凝土玻璃鋼電解槽進行比較，提出了銅電解槽的發展方向。

自從銅電解工藝產生以來，電解槽的防腐問題一直困擾著技術人員，銅電解槽是銅精煉的關鍵設備，其槽基體防腐蝕構造及施工質量的好壞，將直接影響最終銅產品的產量，同時還會對防腐蝕維修總量和生產成本產生影響。因此銅電解槽防腐蝕方案的確定、施工方法的選擇及其施工工藝的改進就顯得特別重要。

早在20世紀80年代，國外銅精煉廠開始研究開發乙烯基樹脂整體電解槽，并得到應用。隨著中國銅行業的迅猛發展，國內也在不斷探索和研究乙烯基整體電解槽在銅行業的實驗，也取得了可喜的成績。下面就常見的國內外銅精煉使用的乙烯基樹脂整體電解槽進行介紹和探討。

一、國內外乙烯基整體電解槽生產及應用情況

1. 美國CTI電解槽（圖1）

（1）公司介紹

美國CTI公司是由JOHN HARRY在1984年創立的，是集有色行業整體樹脂電解槽設計、研發、制造、安裝于一體的全球知名公司，也是發明全球第一個整體樹脂電解槽的公司。1984～1988年開發了“優尼斯”（unicell）技術，1986年后“優尼斯”技術實現商業化，并成為全球專利。 2010年6月，CTI公司按照其位于比利時布魯塞爾工廠的布局與生產設備進行設計，擬在中國徐州建CTI中國工廠。

（2）產品結構、特點

電解槽整體澆注：CTI公司是使用溢流口/上清液口/進液管路整體澆注并提供多種管路澆注設計選項的電解槽制造商。整體澆注技術避免了傳統水泥電解槽的接縫對電解槽使用壽命的影響，既延長了電解槽的使用壽命，又降低了長期維護成本。

結構強化—絕緣保護：CTI采用獨特的非金屬高分子定形材料對Unicell電解槽進行內部結構增強，既強化電解槽的結構性能，提高其負載能力，又為電解槽提供絕緣保護，避免短路的發生。

管路、插件預埋：管路和電解槽的各種插接件可根據客戶設計要求提前預埋，無需現場制作。為用戶安裝設備節省大量人力物力和時間。

根據各種不同的用戶對進液速度的要求，對電解槽的進液系統進行量身定制。

（3）銷售業績

至2011年初，CTI的乙烯基整體式聚合物混凝土電解槽在全球已經銷售超過40000臺（包括銅、鋅等），產品應用覆蓋五大洲市場。

圖1 CTI整體電解槽

2. 智利ANCOR TECMIN（Supertank）電解槽（圖2）

（1）公司介紹

ANCOR成立于1988年，繼而逐漸成為全球第一家大規模生產聚酯混凝土電解槽的公司；TECMIN創立于1992年，是一個技術及聚酯混凝土用高硅成分耐腐蝕骨料的供應商。合資后的ANCOR TECMIN公司是南美洲智利一家具有世界先進技術和專業生產乙烯基樹脂整體澆鑄電解槽的大型國際領先企業，在美國、智利等國家擁有多項專利技術。2009年中國玻璃鋼工業協會常務理事單位——河北可耐特玻璃鋼有限公司與智利ANCOR TECMIN公司合資成立河北安泰可耐特電解槽有限公司，是國內專業生產乙烯基樹脂整體澆鑄電解槽的一家知名公司。

（2）電解槽結構、特點（圖3）

圖2 ANCOR TECMIN 電解槽

圖3 ANCOR TECMIN 電解槽截面圖

采用獨特配方:乙烯基樹脂與石英砂做基料形成的復合材料，防腐效果好，耐高溫，易操作。采用世界知名樹脂品牌臺灣上緯、金陵帝斯曼等（荷蘭）。

采用圓角設計：減少內部的熱應力，降低槽體的重量，減少基礎設施的投入。

防護層：槽內增加3層防護層可以有效的防止槽壁里氣泡的貫通，起到防腐、保護內層的效果，增加電解槽的使用壽命。

設計及管件預埋：采用整體式設計，整體管件預埋，減少安裝時間。

（3）銷售業績

至2011年初已經生產40000臺以上（包括銅、鋅、鉛、鎳等）整體電解槽，產品遍及全球市場。河北安泰可耐特公司目前已生產了大型整體乙烯基樹脂電解槽365臺，內徑尺寸為11000×1330×2360。國內主要應用在江銅、弛宏的會澤與呼倫貝爾以及赤峰庫博鋅業電解鋅項目中。現正在為伊朗國家銅業生產640臺銅電解槽。

3. 杭州三耐（圖4）

圖4 三耐電解槽

（1）公司介紹

杭州三耐環保科技有限公司成立于1997年，公司先后與浙江大學、浙江工業大學等數家科研院校進行技術合作與開發，目前已掌握多項核心自主創新技術。取得多項發明專利。該公司研發的整體電解槽于2007年9月通過了中國有色金屬工業協會的科技成果鑒定，填補了國內電解槽整體澆鑄工藝的空白。現已建成年產5000臺，全球最大的生產線。在此基礎上，2009年公司又研發出電解系統整體集成方案，并成功應用于電解生產線。

（2）產品結構、特點

該產品獨特配方，主要性能參數均已達到國外同行水平，部分甚至超過。耐腐蝕性能優越，使用壽命長。采用擁有自主知識產權的一次成型澆鑄工藝，從根本上解決了傳統槽應力收縮、線膨脹和拼裝處易滲漏問題，免維護，提高勞動效率。產品強度高、絕緣好、槽壁薄，安全穩定，節省投資。

（3）電解系統整體方案特點

技術全面升級，集成電解槽、各種預埋件、操作平臺、管道支架、節電裝置等，整體防腐，環境清潔，布局合理、安裝簡便，節省建設周期和投資成本，便于實現工業化、標準化生產。

（3）銷售業績

2007至2011年已經生產1500余臺（包括銅、鋅、錳等）整體電解槽，在國內近20余家有色冶煉知名企業得到應用，同時產品已成功進入沙特、哈薩克斯坦、剛果（金）等國家。

二、乙烯基樹脂整體電解槽與傳統混凝土玻璃鋼電解槽比較

1. 使用材料、結構及使用壽命

（1）鋼筋混凝土+玻璃鋼電解槽

主要由鋼筋混凝土、玻璃鋼內襯組成，其組成材料的主要成份鋼筋混凝土不具備防腐能力。

從結構上說其可分為2層，由里到外分別為玻璃鋼防腐層、鋼筋混凝土骨架層。無論是內襯式電解槽還是內膽式電解槽其主要的防腐能力為最內層的玻璃鋼防腐層，當玻璃鋼防腐層一旦出現破損，具有強腐蝕能力的電解液進入鋼筋混凝土層，對鋼筋混凝土進行侵蝕，造成電解槽主體的損壞，如果發現不及時槽主體損壞嚴重無法修復時，只能進行整體更換。同時由于玻璃鋼層和鋼筋混凝土層兩種材質不同，熱膨脹系數差別很大，極易造成其結合處分離，會出現電解槽玻璃鋼層與鋼筋混凝土分離現象，減弱了玻璃鋼層的承載能力，使其極易破損。

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽平均使用壽命在5～8年，有的使用不到2年就會出現破損現象。國內內蒙古某廠10萬噸銅冶煉586臺鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽2005年投入使用，自2010年后就有5%的電解槽開始滲漏。湖北某廠電解二車間也有很多鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽被替換。

（2）乙烯基樹脂整體澆注電解槽

乙烯基樹脂整體澆注電解槽的主要材料為乙烯基樹脂、石英砂，其材料都有著較好的耐腐蝕性。由于采用乙烯基樹脂和石英砂做基料，在特定的溫度下整體澆注而成，其具有較強的抗壓及抗碰撞能力，整體都是防腐的，不存在防腐層和結構層，這就使得該類型的電解槽有著更強的防腐性能。電解槽配件與槽體整體澆注成型，對比傳統電解槽的后期粘合安裝，使用壽命更長。乙烯基樹脂電解槽使用壽命大于20年。

2. 節能降耗

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽在使用一段時間后，由于電腐蝕及制作原因，漏電比較嚴重，其主要原因是：

（1）定位針處由于經常擠壓和電腐蝕會漏電打黑，甚至著火，以至于不得不讓檢修部門晚上安排人員搶修。

（2）溢流口也是經常漏液漏電的地方，漏液時必須修補或更換，有時由于修補不及時會漏電。

（3）上清液口和陽極泥口漏電主要是電解槽大小堵破損引起的漏電。

相對于以上兩種電解槽來說，乙烯基樹脂電解槽絕緣性能要好得多，由于其自身是絕緣體整體制作，并且定位針溢流盒口和大小堵的腐蝕可以避免，不存在漏電現象，由于其本身結構層加強筋不采用鋼筋，這就減少了通電條件下槽壁渦流的產生。

3. 檢修維護和電解槽利用率

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽在破損檢修時費時較長，一般是一個陰極周期（7～10天），這段時間內該電解槽是沒有陰極銅產出的，而且該槽要用短路器短路，使得電能浪費嚴重，如果接觸點清洗不干凈還會起火，檢修期間電流密度局部過高，電流密度分布不均勻，會產生更多短路增加電耗。而乙烯基樹脂電解槽由于是整體澆注，可以做到免維護，在非正常掉落陽極或陰極擦傷電解槽情況下，可以做到即修即用，維修時間不會超過3小時，這就大大減小了維修時間和成本，使電解槽的利用率達到100%（鋼筋混凝土+玻璃鋼電解槽利用率95%～98%），提高了3%～5%。

4. 減小占地面積，節約投資

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽壁厚約在115～150mm之間，兩者在廠房內占地面積基本相等，而乙烯基樹脂電解槽由于其較高的強度，壁厚是70mm，這就大大縮短了整組電解槽的長度，減少了行車作業的距離，提高了行車的作業率。節約的廠房距離內又可多布置6%～10%的電解槽，有利于擴產挖潛，增加產量。另外，廠房的縮短節約了銅母線排的使用，減少了投資。節約出的場地還可以挖潛產能，據估算，20萬噸銅電解車間節約的場地面積約為660平方米。

5. 安裝時間

鋼筋混凝聚土+玻璃鋼電解槽混凝土主體制作并安裝完畢后，需再做玻璃鋼內襯，費工費時，并且還會受到天氣和溫度的影響，導致玻璃鋼襯里質量參差不齊。乙烯基樹脂電解槽不需要再做玻璃鋼內襯，直接吊裝就位后稍作精確調平即可，安裝時間大大縮短。以年產20萬噸電解銅的項目為例，乙烯基電解槽安裝比傳統電解槽安裝時間可縮短40天。

三、未來發展方向

通過有關數據計算表明，乙烯基樹脂澆注電解槽以20年使用計算，20萬噸電解銅乙烯基樹脂澆注電解槽成本比玻璃鋼電解槽至少節約1000萬元，乙烯基樹脂澆注電解槽在使用壽命、節能降耗、長期投資效益等方面有較大的優勢。使用乙烯基樹脂整體澆注電解槽不僅設備投資不增加，而且還可提高產量和產品質量，并可降低生產成本。乙烯基樹脂銅電解槽在國外已經使用20年，使用效果良好，具有很大的優越性。相信隨著銅工業技術水平的不斷提高，乙烯基樹脂電解槽會在中國銅工業將得到大量推廣和應用。

作者單位：西部礦業投資（天津）有限公司

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