一種新型高強化銅電解技術與應用

陳文龍

（江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

一種新型高強化銅電解技術與應用

陳文龍

（江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

介紹了一種高強化銅電解技術的原理及其應用，該技術能夠極大的提高銅電解精煉的生產強度，可以使銅電解電流密度最高達到420A/m2，產能在原有的基礎上提高50%，尤其適用于現場生產場地受到局限的新電解車間建設及舊車間的改造。

平行流技術；平行流裝置；高電流密度；高強化電解；產能提高；創新探索

1 引言

銅電解精煉技術自1869年首次工業應用以來，經過始極片工藝、永久不銹鋼陰極工藝以及自動化的引進應用，已經發展成為一套相對成熟穩定的工藝。而強化電解提高產能、提高電解技術水平是今后銅電解的發展趨勢。

目前國內外銅電解工藝主要有兩種：常規始極片電解工藝、永久不銹鋼陰極電解工藝，電流密度在220～330A/m2之間。以山東陽谷祥光銅業有限公司為例，該公司一期電解車間采用永久不銹鋼陰極電解工藝，年產20萬噸高純陰極銅，電流密度設計值280A/m2。為了適應電解銅產能提高的要求，2009年該公司與奧地利Mettop公司合作在二期720個電解槽上開發應用了世界上最先進的高強化電解技術—平行流電解技術。2011年6月二期電解正式通電生產，電流密度最高達420A/m2。

2 電解平行流技術

2.1 平行流技術的原理

現將高強化平行流電解技術運行原理介紹如下：

銅電解過程即在直流電的作用下，陽極板溶解的銅離子擴散至陰極區，在陰極板上析出的過程。在高電流密度的工況下，陽極區擴散層加厚、陰極區銅離子貧化，極易造成濃差極化、陽極鈍化、長粒子等工藝事故。平行流技術針對這一問題，提出完美的解決方案。它通過改變電解液在電解槽中的流動方式、提高電解液的循環速度來實現電流密度的提高。具體來說，它通過側面的噴嘴使電解液以一定的速度進入電解槽，在陰陽極板之間形成一個利于銅電解過程的循環，有效地改善陰極表面擴散層，使電解液濃度、溫度更加均勻，成功地解決了因電流密度提高引起的銅離子濃差極化問題，避免了濃差極化導致的陽極鈍化及陰極銅質量降低的問題［1］。

由于陽極板附近電解液流速高，可能引起陽極泥不容易沉降，粘附在陰極板上造成長粒子，所以平行流噴嘴與陰極板的位置一定要精確，平行流裝置的陰極定位塊成功的解決了這個問題，保證在此種電解液流動方式下陽極泥的順利沉降，避免陰極銅質量的降低。

圖1 采用平行流技術的電解槽中電解液的流動方向

圖2 采用平行流技術的極板間電解液的流動方向［2］

2.2 平行流裝置的結構

平行流裝置由進液彎管、箱體、108個噴嘴、54個定位塊組成。電解液由特定位置的噴嘴進入電解槽，在陰陽極板之間形成一個循環，自電解槽兩端溢流斗流出。54個定距塊確定陰陽極板在電解槽中的精確位置。如圖3所示。

圖3 電解平行流裝置結構圖

2.3 平行流技術的技術特點

（1）平行流技術在保證產品質量的情況下，可將電流密度提高至420A/m2，產能提高50%，也就是說原產20萬t的電解車間產能可提高至30萬t［3］，其高效性十分明顯。

（2）上述產能的提高只需消耗部分電能，但大大減少了蒸汽的消耗量，電解工序單位產品綜合能耗基本持平。

（3）平行流技術的應用不必改變原電解車間的土建結構、電解槽數，只需更換部分必要的硬件設備，即可完成對原有電解車間的改造，尤其適用于生產場地有局限的新車間建設及舊車間改造，其推廣十分便利［4］。

3 生產實踐

3.1 生產情況

2011年6月8日二期電解車間通電生產，電流密度逐步由280 A/m2提到385 A/m2，最高達到412 A/m2。經過一段時間的摸索調整，電解銅質量有了明顯的好轉，并于7月26日產出電流密度420A/m2工況條件下第一批高純陰極銅，電解進入穩定生產階段，基本實現了平行流技術的產能目標。

3.2 指標對比及分析

采用電解平行流技術前后的技術參數對比見表1。

表1 采用電解平行流技術前后的技術參數對比

由表1可知：

（1）平行流技術應用前后，電解槽數、每槽陰極板數、年工作日等基礎條件不變。

（2）通過電解液循環量的提高（由35L/min.cell提高至100L/min.cell），實現電流密度的提高（由280A/m2提高至420A/m2），從而產能提高52%。

（3）在產能提高的情況下，平均電流效率穩定在98%以上。

（4）隨著電流密度的提高，電耗增加47.7%，蒸汽單耗降低88.35%，工序能耗增加1.7%，基本持平。

4 存在的問題及對策

4.1 在7、8月份高溫天氣，電解液溫度過高

根據生產經驗，在7、8月份高溫天氣，由于通電電流在43300A以上，電解液在不加熱的情況下，溫度依然超出控制范圍（62～66℃），最高可達到70℃。針對此種情況，公司耗資200余萬元，在二期電解循環水系統增設一套電解液循環冷卻系統。滿足了電解工藝參數的控制要求，保證了電解的正常生產［3］。

4.2 槽面電解液流量不勻，調整困難，容易出現死槽、電解液噴濺現象

針對此種情況，我們在進液管路上安裝大小合適的孔板，最大可能的保證槽面流量的均勻；加強槽面點檢，及時發現并處理死槽現象，避免長時間死槽而造成電銅打黑［5］現象；制作結構簡單的電解液防噴濺裝置，取得了顯著的效果。

4.3 工藝事故“放大效應”

該技術對電解系統穩定性要求更高，各工藝控制參數［6］要求更加精確。一旦原料品位或系統控制參數波動過大，出現燒板、鈍化等工藝事故時，往往產生比常規電解更嚴重的后果。這就要求我們加強日常管理工作，并及時與上游熔煉工序聯系，保證原料品位及電解系統［7］的穩定，同時在日常管理過程中，加強槽面管理及點檢，發現問題及時處理，盡量避免重大工藝事故的發生。

4.4 由于取消了高位槽的設計，采用泵直接供液的方式，循環系統中易帶入空氣，在陰極上形成氣孔，影響陰極銅質量

針對此種情況，我們采取相應措施：①進液主管上加裝高位排氣管，以排出系統中的氣體。②循環泵進口加裝一個渦流開關，避免氣體隨渦流進入泵體。③采用高質量的鋼骨架管道，同時加強管路系統點檢，定期緊固法蘭、伸縮節螺栓，避免管道系統進氣。

4.5 進液彎管接頭采用螺紋連接，易損壞

針對此種情況，我們加強槽面點檢，發現損壞及時更換接頭，同時積極摸索新的連接方式或接頭材質。

4.6 噴嘴易損壞、易堵塞，三角塊易脫落

此種情況是由于PFD的特殊結構造成的，在出裝槽過程中，一旦發現此種情況，及時組織人員維修、清理噴嘴及三角塊。同時我們積極探討改進PFD結構的可能性，以期降低此類故障的發生。

5 結語

隨著這種新型高強化電解技術生產經驗的不斷積累，一種高效的平行流電解槽已經推出市場，該平行流電解槽集成了平行流裝置和樹脂混凝土電解槽的雙重優點，是一種高效、環保、耐用的新型電解設備。

作為一種新型的高強化銅電解技術，平行流技術在國內的應用依然處于摸索階段，它雖然存在一些問題，但成功的將銅電解的電流密度提高到420 A/m2，年產20萬t電解車間產能提高到30萬t，尤其適用于生產場地受到局限的新電解車間建設及舊車間改造，它的高效性、易于推廣的特點，對電解精煉技術的發展有極大的推動作用。

［1］吳繼烈， Andreas Filzwieser. 高電流密度銅電解技術的理論及實踐［J］.有色金屬（冶煉部分）， 2014（2）：13-17.

［2］周松林. 高強化銅電解精煉新工藝與生產實踐［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2013（2）：1-4.

［3］梁源， 王亞民， 楊家庭，等. 高強化PFD銅電解精煉與傳統工藝比較［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2015（9）：30-34.

［4］Wenzl ch，Filzwieser I，Filzwieser A， et al. Newest Devel-opments using the METTOP-BRX-Technology［C］. //Proceedings of Copper 2010，Hamburg， Germany， 2010：1 713-1 722.

［5］朱祖澤， 賀家齊. 現代銅冶金學［M］. 北京：科學出版社， 2003.2：535-542.

［6］許并社， 李明照. 銅冶煉工藝［M］. 北京：化學工業出版社， 2006. 11：199-238.

［7］楊國才， 閃速煉銅工藝與控制［D］. 長沙：中南大學出版社， 2010：210-216.

A New Strength Copper Electrolysis Technology and its Application

CHEN Wen-long
（Jiangxi Copper-Yates Foil Co.， Ltd.， Nanchang， 330096， Jiangxi， China）

This paper introduces a high strength copper electrolysis technology and its application.The technology can greatly increase the productionintensity， making the copper electrolysis current density reach 420 A/m2highest and the capacity be increased by 50%， which is particularly applicable to theelectrolytic workshop renovation period with limit production site.

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TF111.52

B

1009-3842（2016）04-0072-03

2016-03-25

陳文龍（1982-），男，山東濟南人，主要從事材料化學的研究。E-mail： 574375765@qq.com