降低铜电解电耗的生产实践

刘宇锋， 董 博， 柯新安， 刘建新

(大冶有色金属集团有限公司， 湖北 黄石 435005)

降低铜电解电耗的生产实践

刘宇锋， 董 博， 柯新安， 刘建新

(大冶有色金属集团有限公司， 湖北 黄石 435005)

分析了影响铜电解电能消耗的因素，介绍了降低电单耗采取的措施以及取得的效果。

铜； 电解精炼； 电单耗； 槽电压； 电流效率

大冶有色电解一车间投产至今一直采用传统电解法，近年来，通过改进和优化生产工艺，提高操作管理水平等，吨铜直流电耗由过去330kWh降低至280kWh，取得了非常可观的经济和社会效益。

1 影响铜电解直流电耗的因素及采取的措施

电能是保证铜电解精炼进行的必要条件，电耗是综合反映电解生产水平和经济效益的一项重要指标。在铜电解精炼过程中，电耗是指每生产1 t阴极铜所消耗的电能。每析出1t电铜所需电能由下式计算[1]：

(1)

式中：W——直流电单耗，kWh/tCu；

E——电解槽的槽电压，V ；

η——电流效率，%；

q——铜的电化当量，1.185 2 g/(A·h)。

从公式(1)可以看出，铜电解精炼的直流电耗与槽电压成正比，与电流效率成反比。因此，提高电流效率和降低槽电压是降低直流电单耗的有效途径。大冶有色电解一车间有着十几年的阴极铜生产经验，电流效率近年来一直保持在96%以上，波动范围不大，而槽电压则由于受电流密度、电解液成分及温度、阳极板质量接触点电阻等因素的影响，波动很大，因而槽电压对阴极铜电能单耗的影响比电流效率更大。

1.1 槽电压因素

槽电压是影响电解铜电能消耗的重要因素，每个电解槽的槽电压包括阳极电位、阴极电位、电解液电阻引起的电压降、导体上的电压降以及槽内各接触点的电压降[2]。在降低槽电压方面，主要采取了以下措施：

1.1.1 合理控制电解液成分

电解液的主要成分是铜、酸、镍，电解液中金属阳离子浓度升高，则溶液比电阻增大，槽电压升高，电能消耗增大；而氢离子浓度升高则会提高溶液导电性，降低电耗。电解液的成分应合理，含铜高，电解液比重大，电解过程中槽电压高，而含铜低容易导致贫化；电解液中的硫酸含量不能无限提高，硫酸浓度增大，导致电解液比重增大，影响阴极铜质量。在保证阴极铜质量稳定的情况下，生产中控制电解液成分Cu2+43～46 g/L、H2SO4165～175 g/L、Ni2+≤12 g/L、比重不大于1.23时，各项综合指标较好，见表1。另外，为了提高电解液洁净度，降低阳极泥引起的电压降，改变阳极泥过滤方式，采取“三段”过滤模式，提高电解液过滤质量，最大限度减少溶液中阳极泥含量，为电解生产及降低直流电耗创造良好的技术条件。

表1 铜电解液成分及槽电压

1.1.2 提高电解液温度

电解液温度是电解生产过程中最关键的工艺条件之一，不仅关系着阴极铜的质量，而且直接影响直流电单耗。理论和实践证明，适当提高电解液温度，有利于降低电解液粘度，漂浮的阳极泥易沉降，离子扩散速度加快，电解液电阻减小，从而可提高电解液的导电率，降低槽电压，减少直流电耗。试验测定，电解液在55 ℃时的导电率约为25 ℃的2.5倍；在50～60 ℃时，温度每升高1 ℃，电解液的电阻约减小0.7%。本厂电解液的温度控制范围为63～65 ℃。

1.1.3 调整添加剂的加入方式和配比

调整添加剂的加入方式，添加剂由原来的低位槽加入改为高位槽加入，每天7：00和19：00准时加入添加剂，并且不论添加剂多少都要稀释到相同体积，调整加胶泵的功率，保证加胶时上一次胶量正好加完，以使添加剂连续稳定加入系统。

在相同电解条件下，随着添加剂总量的增加，槽电压和直流电耗也随之增加，在保证质量的前提下应尽量少加添加剂。明胶的使用量逐步降低，从原来的183 g/tCu降低至103 g/tCu左右。

1.1.4 优化生产控制

1.1.4.1 合理控制电流密度

电流密度是铜电解精炼过程中最主要的技术条件之一，提高电流密度可以相应提高产量，但随着电流密度的提高，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大，从而增大了槽电压和电解直流电耗。因此应根据阳极板成分、产量、电解技术条件选择最经济合理的电流密度。生产实践中，电流密度控制在250～255 A/m2时，既降低了电能消耗，又能保证了阴极铜质量稳定。

1.1.4.2 保持合理的残极率

铜电解过程中，为提高直收率将残极率控制较低，而过低残极率导致电解后期垮槽，大量出现穿孔阳极，造成槽电压上升较高，电单耗显著增加。因此合理控制残极率，将残极率由原来的14%提高到15%～16%，在保证直收率不受太大影响的前提下，杜绝了大面积残极垮槽，降低了槽电压和电单耗，见表2。

表2 残极率与槽电压的关系

1.1.5 降低阴阳极接触点压降

在电解生产中，铜导电棒、导电排与酸雾及电解液长期接触，其表面会有结晶等污物，反复使用增加接触电阻，接触点压降也比较大。保持铜导电棒的洁净及良好的导电性，可以降低导电棒接触电阻。对阳极机组进行了改造，每天观察铣耳质量，及时调整或更换铣刀，确保阳极耳部平整符合要求；洒水频次由1次/班提高到2次/班，加大接触点冲洗力度，并在槽面换装作业时采用15%～20%的稀硫酸刷洗接触点，这样既可洗去存于阴极导电棒、槽间导电板及各接触点表面的硫酸铜结晶，又能降低导电棒和各接触点的温度，使导电棒和接触点的接触电阻降低；对阳极耳部、导电排、接触点的刷洗进行管控，确保阴、阳极接触点压降≤0.02 V。

1.2 电流效率因素

铜电解精炼的电流效率通常是指阴极电流效率，为电解铜的实际产量与按照法拉第定律计算的理论产量之比。直流电单耗与电流效率成反比，提高电流效率是降低铜电解直流电单耗的另一个重要途径。对此采取的主要措施有：

1.2.1 提高阴阳极装槽质量

阴极铜生产以装槽为起点，阴极板入车间后，由专人检查每块板的质量，不合格坚决不用。阳极板装入槽后， 由专人检查装槽质量。设立始极片分拣挑选班，不合格的始极片杜绝上槽。保证槽面阴阳极装槽质量，减少阴、阳极短路的可能，从而提高了电流效率，降低了电耗。

1.2.2 加强槽面管理

在电解过程中，阴、阳极极距不均匀，阴、阳极弯曲或有飞边毛刺，阴极长粒子等都可造成阴、阳极直接接触，形成短路。因此制定了上、下工序验收把关制度，严格岗位动作标准，建立短路交接班制度，加强出装槽作业质量，确保阴阳极板悬垂精度，减少短路现象的发生。

1.2.3 减少漏电损失

设备漏电主要是指电解槽和循环系统的漏电。由于设备老化、漏液、跑液以及槽底硫酸铜结晶的粘附，导致小部分电流经设备流向地面而损失。所以每年定期对电解液，循环管道结垢进行冲洗清理，对管道支撑统一检查安装耐酸黑皮子，每天对槽下管道、电解槽进行检查，有破损立即处理，杜绝“跑冒滴漏”等现象造成系统漏电。

2 改进实践

表3是2014年、2015年槽电压月统计数据，从中可以看出，通过优化生产控制、合理控制电解液成分、调整添加剂配比等措施，2015年平均槽压0.33 V，较2014年的0.36 V有明显下降，从2015年6月份开始槽压下降较快，最后保持在0.30～0.31 V。

表4是2014年、2015年电流效率月统计数据，从中可以看出，通过提高装槽质量、加强槽面管理、减少设备漏电等，2015年平均电流效率97.05%，较2014年的94.15%有明显提升，从2015年5月份开始电流效率提高较快，最后保持在97%～97.5%。

表5是2014年、2015年电单耗月统计数据，从中可以看出，通过降低槽电压、提高电流效率，2015年平均电单耗309.1 kWh/tCu，较2014年的336.6 kWh/tCu有明显下降，从2015年6月份开始电单耗下降较快，最后保持在300 kWh/tCu左右。

表3 2014年、2015年槽电压月统计数据 V

表4 2014年、2015年电流效率月统计数据 %

表5 2014年、2015年电单耗月统计数据 kWh/tCu

3 结语

(1)降低电单耗的关键措施是在保证阴极铜质量稳定的情况下，降低槽压、提高电流效率。

(2)按照技术可行，阳极板量和经济上有利的原则，正确选择电流密度。

(3)采用与电流密度和阳极板成分相适应的电解液成分、添加剂、电解条件，完善设备和规范操作，有利于降低槽电压和提高电流效率。

(4)合理控制残极率、加强槽面管理、优化工艺条件等可降低溶液电阻电压降、接触点电压降，消除阴阳极极化。

(5)提高电流效率的关键在于提高阴极沉积物质量，及时发现消除短路，减少漏电。

近年来，大冶有色冶炼厂对铜电解生产的理论认识水平和生产实践控制能力有了很大的提高，在电解槽工艺参数均一化控制以及电解液净化方法等方面进行改进创新，为高纯阴极铜质量的提升，生产成本的降低打下了坚实的基础。

[1] 欧阳准.浅谈铜电解的电能消耗[J].有色冶金节能，2004，(2)：25-27.

[2] 傅崇说.有色冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，2007：287-289.

Production practice of power consumption reduction in copper electrolysis

LIU Yu-feng, DONG Bo, KE Xin-an, LIU Jian-xin

This paper analyzes and discusses the factors affecting the electric energy consumption in copper electrolysis, and measures taken to reduce unit power consumption and the achieved results.

copper; electrolytic refining; unit power consumption; cell voltage; current efficiency

刘宇锋(1988—)，男，湖北黄冈人，冶金工程师，从事冶金生产技术工作。

2016-- 02-- 24

TF811

B

1672-- 6103(2017)02-- 0023-- 03