傳統電解降低直流電單耗的生產論述

徐全榮

【摘? 要】介紹了影響東營魯方金屬材料有限責任公司銅電解精煉生產過程中直流電單耗的因素，并對這些因素進行了較為透徹的分析，以期找出各因素之間的相互關系，最終使直流單耗降低，達到降低成本提高經濟效益的目的。針對生產中影響直流電單耗的因素，采取降低槽電壓和提高電解液溫度等方法，基本達到了在電解生產過程中降低直流電單耗和生產成本的目的。

【關鍵詞】陰極銅;電解;生產成本;質量;直流單耗

引言

東營魯方金屬材料有限責任公司是一家大型民營銅冶煉企業，主要有陰極銅、硫酸鎳、黃金、白銀等產品，其生產的魯方牌陰極銅系中國名牌產品，陰極銅在生產過程中影響成本的有電能消耗、電解液酸含量的消耗和管理費用等，而電能消耗又是對成本影響最大的因素，同時對陰極銅的質量也具有較大的影響。為降低生產成本、提高企業的經濟效益，將銅電解生產過程中直流電單耗指標降下來尤其必要，這是因為電耗指標不僅是一個單位的技術管理水平的具體反映，還是單位成本消耗的主要因素。為此，我們通過對工藝參數的控制和強化操作管理等方法，來降低直流電單耗獲得了較好的經濟與社會效益。

1.銅電解過程及影響銅電解直流電單耗的主要因素

銅電解過程是已澆鑄好的陽極板為陽極，鈦種板工序生產的始極片經壓紋、釘耳、校平等工序制作好的陰極片為陰極相間的裝入電解槽。槽內裝入硫酸及硫酸銅配置的溶液在通以直流電的工藝條件下，陽極發生氧化反應生成二價的銅離子經條件下，二價的銅離經電子移動在陰極上放電析出已達到提高陰極銅純度及回收貴金屬的目的。銅電解的直流電單耗是由槽電壓和電流效率決定的，其計算公式如下：

其中：W-直流電單耗;V-槽電壓;η-電流效率。

由上式可知：直流電單耗與槽電壓成正比，與電流效率成反比，依據計算公式可知，降低直流電單耗措施，應圍繞降低槽電壓和提高電流效率做文章。

1.1槽電壓

槽電壓為陽極電位、陰極電位差，電解液電阻所引起的電壓降，導體上的電壓降以及槽內各接觸點的電壓降，有時還包括陽極表面的陽極泥電壓降的總和，即：

槽電壓為E=EA-EK+I·R （液）+E. （接）+E（泥）

式中： （EA-EK） 是濃差極化引起的電壓。

影響槽電壓的主要因素是電解液的性質、陽極泥層與濃差極化。游離酸含量高則槽電壓降低;電流密度大則濃差極化現象也愈顯著，從而使槽電壓增大;陽極電解時間越長，粘附在陽極上的陽極泥層越厚，槽電壓隨之升高;極間距越小，則槽電壓越低，但易引起短路，從而使電流效率降低，極間距大則槽電壓大，電能消耗多。此外，電解溫度升高，槽電壓降低;膠質添加劑會提高槽電壓。槽電壓升高不僅降低電流效率，同時使雜質析出，影響了陰質量。陽極電位與陽極銅的成分關系較大，雜質含量高的陽極，如氧化鎳、鉛、砷、銻、鉍、硒、碲的化合物以及金銀等升高都能引起陽極電位升高。陰極電位則隨析出時間的延長而逐漸下降，這是因為陰極析出時間延長后，陰極表面粗糙，使陰極電流密度相對減小的結果所致。電解液電壓降是槽電壓的主要組成部分，它幾乎為槽電壓的60%， 影響電解液電壓降的因素主要是電流密度、 電解液成分、電解液溫度以及極距等。

1.2電流效率

造成電流效率低的因素有：電解過程副反應、陰極銅化學溶解、槽體漏電以及極間短路多等因素。電解過程中的副反應有一價銅離子的反應，有氫離子在陰極的還原析出H2的反應等，這些反應在一般的生產工藝條件下，發生的可能性較小，因而對電流效率影響較小。陰極銅在電解液中的化學溶解速度決定于電解液的溫度、酸度、電解液中氧含量，以及陰極在電解液中浸泡時間的長短，通常化學溶解使電效降低0. 25%～0. 75%.設備漏電包括電解槽及循環系統的漏電。電解槽漏電是通過彼此鄰近的電解槽間或通過電解槽絕緣體對地漏電，循環系統的漏電主要通過電解液循環流動至細致，導致陰陽極短路使電流效率降低。

2.降低直流電單耗的生產實踐

2017年以前，由于工藝、管理等多方面原因，銅電解直流電一直居高不下，平均直流電單耗340 kW h/tCu， 近年來，通過質量革新人員攻關，直流電單耗有較大幅度降低，2018年電耗成本大幅下降，電效也有所提高。統計資料見表1.表1 2014～2019年直流電單耗及電流效率表

在生產實踐中，實際主要采取了以下措施：

2.1降低槽電壓

（1）控制電解液成分。通過提高電解液中硫酸含量，可以使電解液導電性增加，降低電解液的電壓降，從而降低槽電壓。目前，國外銅電解行業流行高酸低銅的電解方式，但考慮到電解液成份雜質含量較高，如采用高酸低銅的電解模式，在酸高時較易降低硫酸銅的溶解度降低導致硫酸銅在溶液中析出造成陽極鈍化，加之電解液中砷元素含量較高，如酸度過高也將導致砷在溶液中的析出，并有可能粘附在陰極上，使陰極銅質量下降。經實踐，控制硫酸含量在182g /l時，對生產較為有利。

（2）加強殘極更換。據測量發現，殘極槽電壓平均較第一周期電解槽高0. 02～0. 04 V左右，主要是由于陽極面積減小，而使陽極電流密度增加以及陽極泥層的加厚引起的。針對以上問題，對槽面班定點查找殘極，負責槽面殘極的更換，并采用周期表、手提、眼觀、表測等方法，確保每一塊不合格殘極換出槽。

2. 2提高電流效率

（1）減少漏電。在電解檢修過程中，電解液循環管道全部改為C-PVC塑料管，槽體與梁柱之間用絕緣膠皮隔開絕緣效果較好。原有的主回流管、溜槽采用的是鋼管接地支撐，經常發生漏電現象，之后在歷次檢修中全部采取地面鋪PVC板，管線改為吊掛方式，取消鋼管支撐，基本杜絕了電解槽對地漏電現象。

（2）減少短路。加強陽極整板質量，在電解過程中陽極飛邊毛刺、彎板都有可能造成陰、陽極接觸，形成短路。陽極板物理外觀的好壞也是造成短路的一個重要原因。在整板崗位明確要求，彎板、陽極有鼓包、大小耳有冷隔層的陽極嚴格挑出不允許上槽，嚴格執行整板三平、三不準，確保上槽陽極外觀質量。操作考核到人，實行零短路交接班：針對職工責任心不強，采取作業考核到人的措施，每天對出銅粒子板統計，通報粒子塊數責任人，月底按照塊數考核責任人，每槽下槽到出銅標記好進行跟蹤，及時獎勵操作好的員工提高工作積極性。

3.結語

經過多年的生產實踐，在降低直流電單耗采取了一些措施，并取得了效果。加強槽面管理，減少漏電和短路，改變管理模式提高員工工作積極性就是降低直流電單耗的最好方法。控制工藝條件方面：采用中酸、中銅低雜質的電解液較好，控制硫酸含量應在182g/ L左右較宜，銅含量控制在47 g /L較好，盡量加大凈液量保持電解液的純凈。電解液溫度應維持在較高的水平，控制在62～65°為宜。

參考文獻

[1]我國鉛電解精煉若干問題淺析——兼議新添加劑[J]. 劉德育.? 有色金屬（冶煉部分）. 1989（05）

[2]提高鉛電解精煉的電流效率[J]. 靳寶貞.? 中國金屬通報. 2016（08）