铜电解精炼过程中的节能措施与实践

别良伟

(金川集团有限公司精炼厂，甘肃金昌 737100)

铜电解精炼过程中的节能措施与实践

别良伟

(金川集团有限公司精炼厂，甘肃金昌 737100)

本文结合生产实践，针对铜电解精炼过程中电消耗和蒸汽消耗的问题进行了分析，研究了电解液温度、电解液成分、电流密度、添加剂、阴阳极周期和极间短路对电消耗的影响，同时研究了电解液温度、阴极铜烫洗、换热器热效率和气候因素蒸汽消耗的影响，通过严格控制相关电解工艺技术条件等措施，达到了铜电解精炼过程中节能降耗的目的，这对传统铜电解技术水平的提升具有重要的实际意义。

铜电解精炼;电解液;电消耗;蒸汽消耗

1 前言

在铜电解精炼过程中电消耗和蒸汽消耗是主要的能源消耗，因此，做好电消耗与蒸汽消耗的节能降耗工作是降低电解铜的综合成本，提高产品的市场竞争力的关键所在。2010年国内某公司阴极铜产品的生产规模为400kt/a，其中小极板电解系统处理自产料铜阳极板能力为60kt/a，产出48kt/a标准阴极铜;大极板电解系统处理矿铜阳极板能力为440kt/a，产出350kt/a高纯阴极铜。小极板和大极板电解系统工艺均采用传统法电解工艺技术，铜电解的能耗主要是指电消耗和蒸汽消耗，这两项之和约占总能耗的99.0%～99.5%以上，可见铜电解精炼过程中节能的关键是节电和节汽。

2010年，国内某公司大板电解系统处理外购料中电耗指标为440～460kW·h/t·Cu，蒸汽消耗指标为1.7～1.9t/t.Cu，为了降低阴极铜的生产成本和车间加工费，优化和提高铜电解精炼过程中的主要技术经济指标，从而达到节能降耗的目的。本文针对铜电解精炼过程中电消耗和蒸汽消耗耗的问题进行了分析，并采取了相应的措施进行控制和解决。

2 影响电单耗的主要因素［1－2］

铜电解车间电耗有两种，一种是直流电单耗，一种是交流电单耗，它是电解铜生产的关键指标，它综合反映了电解铜生产的技术水平和经济效果。交流电单耗是指单位产品阴极铜所消耗的交流电量。交流电电耗量包括高压和低压交流电的全部消耗量，一般包含机电设备用电，生活生产用电等。影响交流电单耗的因素主要有用电设备的电能利用率;用电设备的选择配置及合理使用;用电的管理等方面。

直流电单耗是指单位产品阴极铜所消耗的直流电量。直流电消耗量包括生产槽、种板槽、脱铜槽、再用残极槽耗电量，以及漏电、线路损失等直流电消耗量。直流电单耗大体可以分为有效单耗和无效单耗两部分，无效单耗为线路等损失，一般较小，可以忽略不计，有效电耗与槽电压及每吨阴极铜所消耗电量存在如下关系:

式中W:直流电单耗，kW·h/t;V:槽电压，V; η:电流效率，%;1.1852:铜的电化当量，g/A.h。

上式(1)表明，电耗随槽电压的降低及电流效率的提高而减小，其中槽电压的影响最大。因此，通过分析与生产实践，得出影响电耗的主要因素如下:

(1)电解液温度。合适的电解液温度，对降低电耗有重要的作用。电解液温度过低，会造成电解液粘度增大，各种离子的扩散速度减慢，必将增加电解液的电阻，从而使槽电压升高，电耗增加。

(2)电解液成份。阳极板中的杂质在溶液中的积累，使硫酸铜的溶解度减小，增大电解液的密度和粘度使阳极泥沉降速度减慢，增加电解液中漂浮阳极泥的含量，加大了悬浮物对阴极铜的污染程度，导致阴极铜的质量降低，还会使电解液的电阻增大，槽电压升高，电耗升高。因此控制好电解液的成份对于降低槽电压显得很重要。

(3)电流密度。提高电流密度会使阴、阳极电位差加大，同时电解液的电压降、接触点和导体上的电压损失增加，从而增加了槽电压和电解的直流电耗。

(4)阴阳极周期。阳极周期的长短与阳极自身的重量、残极率、电流效率、电流密度有直接关系。在其它条件相同的情况下，阴、阳极周期越短，出装槽作业越频繁，增加了劳动强度和设备能源的损耗，阴、阳极周期太长，除了影响阴极铜质量外，使生产资金占用额增加。

(5)电解液的循环量。在电解过程中，电解液必须不断地循环流动，以保持电解槽内电解液温度均匀，浓度均匀，但是在电解精炼过程中可以产生电极极化和浓差极化，由于极化的结果，产生反电动势，使槽电压升高，电耗增加。

(5)加强添加剂的监控。设专人控制添(6)添加剂。适量的添加剂可使阴极铜结构致密、表面光滑、杂质含量减少，但添加剂过多，槽电压也会随之上升，造成电耗增加。

(7)极间短路。极间短路是电流效率下降的主要原因之一，造成短路的原因有:阴、阳极板的加工精度和垂直悬挂度差，阴阳极排列不均，极距的缩短，会使极间的短路接触增多，引起电流效率下降，个别电极电流密度大，生成粒子引起短路，相邻槽同种电极接触等。

3 影响蒸汽单耗的主要因素

蒸汽单耗是指单位产品阴极铜所消耗的蒸汽量。蒸汽消耗量为生产、生活等蒸汽消耗总量，它主要与电解槽及各类贮槽的表面覆盖和槽壁保温措施有关。在无措施的情况下一般为1.0～1.5t/t.Cu，当电解槽面采用覆盖、槽壁及管道采取保温措施并将各贮槽加盖的情况下，蒸汽消耗一般为0.2～0.6 t/t.Cu。影响蒸汽单耗的主要因素:

(1)电解液温度。电解液的温度越高，与周围空气的温度差越大，散热损失也就越大，给电解液加温要补充的热量也就越多。

(2)阴极铜烫洗。除电解液加温外，阴极铜烫洗消耗的蒸汽量也很大。

(3)换热器热效率。在加温电解过程中，换热器换热效率高，可以直接节省蒸汽。

(4)气候影响。北方和海拔较高的地区因季节性气候的变化，一般比南方工厂蒸汽单耗大。

4 降低电消耗与蒸汽消耗的措施

针对以上的分析，在实际生产过程中，该公司铜电解车间着重采取了以下措施来减少电消耗和蒸汽消耗:

(1)严格加强出装槽作业管理。杜绝不合格阳极板和始极片入槽，确保极距均匀并符合工艺要求，从而大大减少了阴、阳极短路的可能，提高了电流效率，降低了电耗。

(2)严格控制电解液成份。根据原料的来源，制定了严格的工艺技术操作规程，并要求每天抽取化验电解液样，以便及时掌握、调整电解液的成份及采取必要的防范措施，降低电解液的电阻，从而降低槽电压，降低电耗。

(3)严格控制电解液的温度电解液的温度应保持在60～65℃，有利于降低电解液的粘度，使漂浮的阳极泥容易沉降，增加各种离子的扩散速度，减少电解液的电阻，从而提高电解液的导电率、降低电解槽的电压降，减少铜电解生产的电能消耗。

(4)选取合适的电流密度。根据工艺的要求选择适当的电流密度，适时调整电解液的循环量，使电解液成份均匀，有效地降低浓差极化作用，降低槽电压及电耗［3］。

加剂的加入量，并根据工艺的变化即时调整添加剂的配方，避免添加剂过量而引起槽电压上升，电耗增加。

(6)用电设备的选型。节电还应合理选择设备，降低低压用电，同时要严格做好照明管理。

(7)加强槽面管理。做好极间短路和烧板的检测与处理工作，同时为确保各触点接触良好，要求装槽、出铜时必须擦亮接触点和用电解液淋洗导电棒等，以降低接触电阻，降低槽电压［4］。

(8)做好电解槽及其他槽罐的保温措施。对循环系统的槽、罐和溜槽加盖，大大地减少了电解槽等设备的对流、辐射放热，对槽罐和管道做好保温措施，同时在电解槽上面覆盖槽盖布，减少蒸汽消耗［5］。

(9)换热设备的选取。可以采用换热效率更高的钛板式换热器，一方面降低了蒸汽波动对电解的影响;另一方面提高了热效率，降低了蒸汽消耗，节约了能源［6］。同时也要做好热交换器的清洗工作，更有利于提高热交换效率，降低蒸汽消耗。

5 结论

通过采取以上有效措施，2010年上半年该公司铜电解车间大板电解系统处理外购料的电消耗已降为430～440kW·h/t·Cu，蒸汽消耗已降为1.2～1.5t/t.Cu，降低阴极铜的生产成本和车间加工费，同时也提高了该企业铜电解精炼过程中的主要技术水平，从而实现了企业的节能降耗。

［1］有色金属提取冶金手册编委会.有色金属提取冶金手册(铜镍卷)［M］.北京:冶金工业出版社，2000.

［2］朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学［M］.北京:科学出版社，2003.

［3］张杰.电解铜工艺的节能措施及效果［J］.有色矿冶，2010.

［4］李公建.浅谈铜电解生产过程中降低槽电压的途径［J］.甘肃冶金，2010.

［5］李建民.槽盖布在铜电解中的应用［J］.中国有色冶金，2004.

［6］李宝文.侯马冶炼厂50kt/a铜电解设计与生产实践［J］.铜业工程，2007.

Energy Saving Measures and Practice in Copper Electrolytic Refining Process

BIE Liang－wei

(Refinery of Jinchuan Group Limited，Jinchang，Gansu，China 737100)

Combining with the production practice，the causes for the issues of electricity consumption and steam consumption in copper electrolytic refining process are analyzed in this article.The effects of electrolytic temperature，electrolytic composition，current density，additives，anode and cathode cycle and short circuit to electricity consumption are investigated in this article.At the same time，the factors including temperature of the electrolytic solution，cathode hot wash，thermal efficiency of heat exchanger and climate which impacting steam consumption are also studied in this article.The purpose of energy saving can be achieved by controlling related electrolysis processing technology condition.It also had vital practical significance meaning for improving traditional copper electrolysis technology level.

copper electrolytic refining;electrolyte;electricity consumption;steam consumption

TF811

B

1009－3842(2011)01－0043－03

2010－11－19

别良伟(1981－)，男，汉族，河南南阳人，工学硕士，冶金工程师，主要从事铜电解生产技术管理工作，E－mail:bie－liangwei@163.com