平行流銅電解精煉工藝與生產實踐研究

李志明 汪倩

摘 要：電解銅是指粗銅通過專門的方法，通電后獲得純銅的過程。電解銅和人類有著非常密切的關系，在我國有色金屬材料消費中僅次于鋁。被廣泛的應用于機械制造、電氣、化工、建筑工業、國防工業等領域。現有常規的電解工藝主要是始極片電解和永久不銹鋼陰極電解兩種方式，是典型的高能耗行業。

關鍵詞：平行流;電解銅;實踐應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.044

1 平行流技術簡介

1.1 理論基礎

平行流技術是一項全新的電解精煉工藝，通過輔助噴射裝置，使得電解液能夠按照預定的速度和軌道進行流動，從而控制反應的速率，從而最大程度的避免濃度差和陽極鈍化問題。在銅電解過程中，根據法拉第定律計算陰極板表面上沉積的銅的質量，m銅=i·A·t·M銅/z·F，式子中：i為電流密度，A為極板表面積，t為時間，M銅為銅離子的摩爾質量，z為銅離子的電荷數，F為法拉第常數。

電解液以0.5m/s-2.5m/s 的高速度在靠近陰極板側下部強制平行噴射進入陰陽極板間，給電解液提供動能，電解液在陰極表面向上運動，在陽極表面向下運動，電解液在陰極和陽極之間形成了“內循環”，在消除濃差極化同時帶動陽極板表層陽極泥快速沉降，打破了陽極鈍化相膜，消除陽極鈍化，從而達到高電流密度生產。高電流轉化的熱能足以使電解液熱平衡，加熱蒸汽所耗能降低約85%，產生了顯著的節能效果。

1.2 技術流程

選擇循環槽經變頻泵直接給電解槽供液，來代替傳統電解循環系統中的高位槽。電解槽供液可以采用側面給液方式或者兩側給液方式，通過進液裝置的噴嘴流出，槽面兩端溢流出的電解液匯總后返回循環槽。同時在出裝槽作業時，利用變頻泵與循環電解液的壓力聯鎖，調節電解槽的給液量，實現電解槽給液的自動調節。通過平行流裝置對陰極板的準確定位，加上電解裝槽過程中全自動電解裝用吊車和電解槽間的準確定位，實現帶有陰極定位器的平行流裝置自動生產。

1.3 底部交錯平行流技術

在距離液面一定位置處，將電解槽端頭的進液總管分成兩根各方面完全相同的支管，通過嵌入槽體內的套筒將支管固定在電解槽的側壁上。同時，在兩根支管上依次交替布置分液口，分液口沿電解液的流動方向安置。在電解過程中，新鮮的電解液由總管流出分配給兩根支管，然后再經過支管上的各個分液口流入到極板中間，以達到均勻布液。通過電解液能夠按照一定速度在陰極板表面流動，從而實現及時補充新鮮銅離子。這種進液方式能夠在高電流密度電解時減小陰極附近的濃差極化，從而確保了電解生產的正常進行。

2 平行流技術應用及問題

2.1 應用案例

陽谷祥光50萬t電解陰極銅工程項目。通過在永久不銹鋼陰極工藝的基礎上安裝電解槽平行流裝置，并配套高電解液循環裝置進行生產。該項目主要在原有的1440 個電解槽上安裝平行流裝置，由循環槽經變頻泵直接給電解槽供液，取消了傳統電解循環系統中的高位槽。主要增加的設備為4套電解液循環裝置和1440套平行流裝置PFD。本次改造投資額約11200 萬元，建設為期兩年。碳減排量75240t，環境效益顯著。每年將節能28500tce，年節能創造經濟效益3600萬元，投資回收期僅不到4 年。這是平行流技術在實踐應用中的成功案例，類似的成功案例還有很多。

2.2 技術應用情況

平行流電解銅技術已經通過專利申請，包括“兩項國家發明專利和八項實用性新型專利”。并通過了多個相關權威組織的認可，例如2015年8月通過中國有色金屬工業協會組織的科技成果評價，于2016年獲得中國有色金屬工業科學技術獎一等獎。眾多權威機構的認可，為這項技術在實際應用中進一步推廣奠定了基礎。如上述中陽谷祥光50萬t電解陰極銅工程項目，應用此技術的集團還有河南中原黃金冶煉廠、中國黃金集團等。

根據雜志《國家技術生產指導》在2017年底統計的數據來看，平行流電解銅技術的使用企業已經從最初的11家上升為114家，得到了快速的普及和應用。

2.3 應用中存在問題

陰極銅作為電解反應的關鍵，根據國家的相關標準要求，不能出現大面積鈍化現象，還應該保證表面平整光滑、周邊整齊、結晶致密。而在實際應用中，通過觀察發現部分陰極銅存在著細小顆粒和沉淀，使得陰極銅無法滿足國家的相關制定標準，不但影響反應的進行和反應的準確的，長期使用，會導致反應的弱化，這也是技術應用需要注意和反思的地方。

3 總結

平行流技術是一種先進、高效的新型銅電解精煉工藝技術提高產能和效率方面發揮著重要的作用。同時，在生產實踐過程中也發現了一些問題，例如陰極銅結晶粗糙、電解液人射參數不當等問題。這些問題的產生一來是因為平行流理論尚存在缺陷，二來是生產加工過程中操作不當造成的。現有的生產數據和實踐效果為將來的的技術優化提供了重要的資料。今后理論基礎和生產實踐將更加密切及時的結合，為電解銅高產能、高效率、低能耗電解奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]宣善倫.高電流密度下生產陰極銅的實踐[J].中國有色冶金，2007，

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