銅電解技術(shù)條件以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇分析目錄TOC\o"1-3"\h\u17556銅電解技術(shù)條件以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇分析 1193531.1技術(shù)條件的選擇 143071.1.1電流密度 1230981.1.2電解液成分 2314801.1.3電解液溫度 223881.1.4電解液循環(huán)方式 256741.1.5添加劑 4273481.1.6極距 5211211.1.7陽(yáng)極壽命和陽(yáng)極周期 594471.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定 587351.2.1電流效率 5233351.2.2殘極率 5133601.2.3銅電解回收率 666921.2.4槽電壓 6237571.2.5生產(chǎn)中各種單耗 61.1技術(shù)條件的選擇1.1.1電流密度電流密度是整個(gè)生產(chǎn)中的起著心臟般的核心因素?，F(xiàn)在整個(gè)行業(yè)所期待的技術(shù)突破必然包括提升電流密度。究其原因是電流密度與陰極銅性能、勞動(dòng)生產(chǎn)率和電銅產(chǎn)量密切相關(guān)。特別是對(duì)于即將上馬的新廠的建設(shè)，高的電流密度能夠起到增產(chǎn)和降投資的作用。但是追求高電流密度的同時(shí)要保證與之配套的電解液循環(huán)技術(shù)的來(lái)使電解液分布均勻，不然則會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象。隨著整個(gè)工藝流程中不斷引入新的技術(shù)成果以及現(xiàn)代管理技術(shù)能夠從整體宏觀上進(jìn)行把控，生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中電流密度也是逐漸攀升，尤其是以下幾種技術(shù)的應(yīng)用，永久陰極、電解液進(jìn)液循環(huán)方式的改變，有效的避免了陽(yáng)極鈍化的發(fā)生。這些新技術(shù)的使用為電流密度的提升創(chuàng)造了有利的良好的條件，使得電流密度能夠在高水平上穩(wěn)定生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)性。由于本設(shè)計(jì)采用永久不銹鋼陰極技術(shù)以及雙向平行流電解液循環(huán)方式，所以電流密度選用400A/m2。1.1.2電解液成分電解液主要為硫酸和銅的硫酸鹽水溶液所組成。該溶液導(dǎo)電性能優(yōu)越、弱揮發(fā)性、穩(wěn)定，特別符合滿(mǎn)足于電解過(guò)程中所需環(huán)境。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用高酸低含銅的電解液組成能夠有效降低電能損耗。當(dāng)然在電解精煉中，必須根據(jù)特定條件將電解液中硫酸濃度和銅含量控制在符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。電解液中的雜質(zhì)含量超過(guò)適宜范圍的話(huà)，會(huì)影響電解過(guò)程的反應(yīng)，結(jié)果就會(huì)使產(chǎn)品電銅的質(zhì)量下降，因此要將其中的雜質(zhì)含量控制在一定的范圍內(nèi)。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們對(duì)于銅電解中雜質(zhì)極限量固定下來(lái)，它們的允許含量如下表3-1。表3-1有害雜質(zhì)允許量(g/L)元素NiAsSbBiFe含量<15<7<0.6<0.5<31.1.3電解液溫度在生產(chǎn)過(guò)程中，電解液溫度的提升對(duì)于避免陽(yáng)極鈍化的產(chǎn)生有著十分重要的作用。除此之外，提高電解液溫度，還能起到產(chǎn)品質(zhì)量提高和降低功耗的作用。但是凡事不能追求極端，過(guò)高的溫度會(huì)提高生產(chǎn)過(guò)程中的蒸汽消耗和增加酸霧的逸出，這會(huì)使產(chǎn)品成本受到影響，也會(huì)使生產(chǎn)的環(huán)境惡化，腐蝕設(shè)備，不利于生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行。在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐中，要能夠保持電解過(guò)程的在一定溫度下的穩(wěn)定，大量實(shí)際的數(shù)據(jù)表明，電解液溫度維持在60℃上下。本次設(shè)計(jì)溫度取60℃。1.1.4電解液循環(huán)方式為了使精煉過(guò)程有效的進(jìn)行下去，電解液需滿(mǎn)足在槽中的溫度和組成均勻分布。這就需要加入設(shè)備使電解液在槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)由賤金屬隨著反應(yīng)過(guò)程在電解液中的富集，需將電解液進(jìn)行凈化，這就更加彰顯了循環(huán)的必要性。隨著近年來(lái)電流密度的節(jié)節(jié)攀升，這也使得高效的電解液循環(huán)方式得到發(fā)展。循環(huán)方法按照流動(dòng)方向與極板表面不同可以分為垂直流和平行流。其中垂直流向打電解精煉問(wèn)世以來(lái)就一直被采用，在傳統(tǒng)的常規(guī)電解精煉中，這種方法占據(jù)的絕大的比例。對(duì)于這種工藝可按照進(jìn)出液方位的不同分為上進(jìn)下出和下進(jìn)上出兩種，大體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-1。圖3-1傳統(tǒng)循環(huán)方式(a)上進(jìn)下出(b)下進(jìn)上出與極板平行流動(dòng)的方式是近些年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)，當(dāng)然隨著這種技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)中主要采用了以下兩種：PFD技術(shù)(ParallelFlowDevice)和國(guó)內(nèi)雙向平行流高效電解工藝技術(shù)。對(duì)于這兩種技術(shù)的主要不同是，兩者的進(jìn)液方式不同，從而其中的流場(chǎng)形態(tài)也不同。且其中電解液的流動(dòng)與陽(yáng)極泥的方向液不同。其中雙向平行流高效電解工藝技術(shù)最吸引生產(chǎn)實(shí)踐青睞的是電解液流動(dòng)方向與陽(yáng)極泥沉降方向一致，可有效提高稀貴金屬回收，同時(shí)還克服了高電流密度電解時(shí)濃差極化及陽(yáng)極鈍化等問(wèn)題，確保了產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)的進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)追求高效益，本設(shè)計(jì)選用了較高的電流密度，而這也需要只有采用與電極板表面平行的流動(dòng)方式才能滿(mǎn)足。綜合上述兩種與極板平行流動(dòng)方式，本次設(shè)計(jì)采用雙向平行流技術(shù)。雙向平行流技術(shù)具體的工作原理是改變了循環(huán)方式，溶液從在電解槽兩側(cè)邊上部的進(jìn)液通道進(jìn)入，通過(guò)每塊陰極和陽(yáng)極板之間噴頭，使電解液平行進(jìn)入，再向下流動(dòng)，最后底部端頭虹吸而出，電流密度可提高至滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)所需的要求，其原理詳見(jiàn)圖3-2。圖3-2雙向平行流技術(shù)示意圖由于本設(shè)計(jì)過(guò)程中電流密度較高，因此需要更強(qiáng)勁有力的電解液循環(huán)，所以本設(shè)計(jì)的電解液循環(huán)速度要滿(mǎn)足在每個(gè)電解槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)80L/min的流速。1.1.5添加劑在生產(chǎn)精銅的生產(chǎn)行為中，可以將一些附加的物質(zhì)加入電解溶液中，生成良好的反應(yīng)條件，這有助于陰極銅在極板上的長(zhǎng)成，從而夠得到干凈、表面結(jié)構(gòu)緊湊的陰極沉積物，從而提高產(chǎn)品純度，使性能更加優(yōu)秀。所以對(duì)于這些物質(zhì)的配比和加入量是密切關(guān)系到電解銅質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在目前的生產(chǎn)實(shí)踐中，可供選擇的主流為添加劑明膠、硫脲、鹽酸，在加之配合使用其他添加劑達(dá)到最好的效果。在生產(chǎn)實(shí)踐中，一定量范圍內(nèi)的添加劑對(duì)提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量具有明顯的促進(jìn)作用，添加量過(guò)猶不及，加入過(guò)多的添加劑則具有負(fù)面作用。因此，必須嚴(yán)格根據(jù)陽(yáng)極銅成分，電流密度，電解質(zhì)雜質(zhì)含量和其他條件來(lái)選擇合適的添加劑。生產(chǎn)中使用的添加劑的分類(lèi)和添加量的域值列于表3-2。表3-2主流的添加劑分類(lèi)和添加量(g/t電銅)分類(lèi)明膠CH4N2S干酪素HCl(mL/t電銅)添加量25-5020-5015-40300-5001.1.6極距極距是指同種電極板之間相隔的距離。這個(gè)距離對(duì)于生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)槽電壓的影響，短的間距可以降低電力資源的損失，也能提高槽利用率。當(dāng)然過(guò)小的極距可能會(huì)出現(xiàn)陰陽(yáng)極接觸短路和污染陰極電銅的后果。對(duì)于現(xiàn)在的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)說(shuō)，小極板的極距取75-90mm，大極板為100-110mm。本次設(shè)計(jì)為大極板故而采用100mm為極距。1.1.7陽(yáng)極壽命和陽(yáng)極周期陽(yáng)極的壽命與多種因素有關(guān)，一般為18—24天。本設(shè)計(jì)選陽(yáng)極壽命為20自然日。陰極周期一般為陽(yáng)極壽命的二分之一或三分之一。取本次一半，則陰極周期為10個(gè)自然日。1.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定1.2.1電流效率電流效率一般94%—99%。按照任務(wù)書(shū)要求，本次設(shè)計(jì)取97.6%。電流效率的降低與短路和漏電等現(xiàn)象有關(guān)，因此為了保證高的電流效率需在實(shí)際生產(chǎn)中避免與產(chǎn)生上述現(xiàn)象的因素有關(guān)。1.2.2殘極率殘極率指的是生產(chǎn)后剩余的殘損極板占消耗總量的比例值。實(shí)踐生產(chǎn)中，殘極率的值是保持在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，誠(chéng)然低的殘極率對(duì)于其回爐重造節(jié)省了費(fèi)用也提高了效率。但是，過(guò)于對(duì)低殘極率的追求也是不利于生產(chǎn)的，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，殘極率過(guò)于低會(huì)影響生產(chǎn)中的電力因素，使得電能消耗增加，因此，殘極率以選擇15%上下為宜，本次設(shè)計(jì)按照具體要求選用17%。1.2.3銅電解回收率銅電解回收率反應(yīng)出的是銅電解過(guò)程中銅的回收程度，其計(jì)算原理如下：回收品是指回收的一些含銅物料如殘陽(yáng)極、銅屑、碎銅、制取硫酸銅溶液及陽(yáng)極泥等。生產(chǎn)實(shí)踐中，銅電解回收率一般為在99.6%-99.9%范圍之間，本設(shè)計(jì)選99.9%。1.2.4槽電壓槽電壓是整個(gè)過(guò)程電能損耗的最重要因素。其的組成復(fù)雜，凡是有電流通過(guò)的部分，存在電阻的各部分均產(chǎn)生電壓降。槽電壓主要與設(shè)計(jì)電流密度、受電解液組分影響的電阻以及槽內(nèi)間距因素有關(guān)。生產(chǎn)實(shí)踐中電解槽電壓范圍很小，一般在0.25V上下浮動(dòng)。本設(shè)計(jì)取電壓為0.3V。1.2.5生產(chǎn)中各種單耗(1)直流單耗。直流單耗是指產(chǎn)出噸銅所消耗的直流電量，其中有正常生產(chǎn)的電能消耗和通過(guò)電解過(guò)程中各部分的損耗。直流單耗由于選用的電流指標(biāo)和實(shí)際操作的影響，不同工藝之間差別還是很大的。(2)蒸氣單耗。蒸氣單耗指產(chǎn)出噸銅所消耗的蒸汽量。在近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐中，一些保溫節(jié)