減少銅電解系統殘極斷落的生產實踐
返回列表發佈日期：2019-10-16 10:08:27 |
摘 要 ：针对江铜贵冶电解车间 ISA 法残极大量断落所遇到的问题，结合生产实际操作，了解 ISA 法电解所需阳极板的工艺要求，铜电解的原理以及铜电解过程中电流强度大小、通电时间长短、电解过程中电解液液位停留的时间长短对残极断落的影响，总结造成残极断落的主要原因并针对原因提出了解决方案，从而保证了系统生产的稳定运行。
1 引言
贵冶电解车间二系列生产系统自 2003 年投产以来，已经运行了 16 年。随着工厂生产规模的持续扩大，二系列作业量逐年升高，生产系统长周期的运行导致生产条件劣化现象严重，特别是在进行外购复杂物料反复生产实验时，导致残极断落现象异常增多。这样需要频繁对断落残极进行处理，一方面人为处理断耳残极增加了员工的劳动强度，存在着极大的安全隐患 ；另一方面断耳残极造成了电解设备的损坏，增加了故障的频率，降低了设备的使用寿命，对生产系统的稳定运行和系统作业率产生直接的影响。从生产过程中看，降低残极断落数量在稳定系统作业率中起到极大的作用。
2 工艺简介
ISA 法铜电解精炼是采用纯净 316L 不锈钢阴极板作阴极，阳极铜板作阳极，电解液主要为含有游离硫酸的硫酸铜溶液。铜电解精炼过程示意图，如图 1 所示。
在阴极铜铜电解精炼过程中，两极上的主要反应是粗铜在阳极上的溶解和铜离子在阴极上的析出。粗铜在电解液中，经过电离作用后所剩余的部分称作残极。
3 现状分析
根据实际生产状况，对贵冶电解车间二系列2018 年断落残极的情况进行分类统计，其中全年累计断落残极块数 1689 块，因阳极物料偏差、电解电流过大、电解通电时间较长、电解液位控制不当因素影响造成残极断落 1482 块，占全部影响因素的 87.74%。残极断落因素分析表，如表 1 所示。
极耳部及板面压平、测重，测厚、铣耳（侧铣和底铣）、排距及极距矫正、废品输出五大功能。机组作业中在控制好铜阳极中各元素的化学成分的前提下，阳极铜化学成分，如表 2 所示。
要求机组加工工段严格按照工厂通用型阳极铜物理规格数据，通用阳极铜物理规格，如表 3 所示。根据生产实际需求进行机组基准参数设置，实现对每一块上机阳极板物理规格的在线监测，对其中不符合工艺要求的阳极板自动拒收并进行集中单独堆放，同时对物理规格异常的阳极板及时进行原因分析，积极与熔炼车间沟通使问题在前端得到处理，从而确保每一块电解阳极铜达到生产的工艺要求。通过规范机组拒收参数设置，基本上消除了前端因物料物理规格差，造成的残极大量断耳的情况。
从残极断落因素分析表中可以看出阳极物理规格偏差、电解过程中电流密度过大、通电时间过长、电解液液位控制时间不当四个方面，是造成残极大量断落的主要因素。结合生产实际从这四个方面着手分析，提出可行的解决方法，从而达到减少残极断落的目的。
4 改善实践
4.1 设置好上机阳极板的工艺参数
ISA 阳极加工机组，它具有对毛刺面朝北的阳
4.2 稳定电解过程中电流强度
在铜电解生产实际过程中，电流效率是衡量电解过程的一项重要指标 , 而电流强度的大小对电流效率指标好坏产生直接影响。由电流效率的定义知，电流效率是指铜电解精炼过程中，阴极上实际析出的铜量与理论析出铜量的百分比。即 ：η =M/（Q·I·T·N×10-6）*100%式中 ：η- 电流效率（%），M- 当日出铜电解槽实际阴极析出量（t），Q- 铜的电化当量（1.18548g/A·h），I- 电流强度（A）（平均），T- 通电时间（h），N- 电解槽个数（当日出铜槽数）。
推导得出当日出铜电解槽实际阴极析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6。在其他条件不变的情况下，电流强度 I 增加时，单位时间内在阴极上析出铜量亦随之增加，导致阳极铜电离作用加快，阳极铜的不断溶解造成了残极的不断变薄，出现的残极的大量断落。
根据实际生产需要，在槽面电解生产管理的过程中，应随时关注阳极铜的电解溶解态势，当阳极铜溶解较快时，及时调整电流大小，从而减少出槽作业时残极的大量断落。
4.3 调整好电解槽通电时间
由公式 ：当日出铜电解槽实际阴极析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6 得知，在其他条件不变的情况下，随着通电时间 t 的增加，阳极上放电溶解铜量亦随之增加，从而导致残极不断变薄，系统作业时残极出现大量断落。
由于诸多作业因素的影响，导致电解槽通电时间长短不一，应在日常作业中建立系统作业送电时间记录表。槽面出槽作业停电时，根据装槽送电时间表以装槽作业送电时间早晚来调整出槽作业停电时间长短。在阳极铜电解后期，要密切关注残极的变化，当发现残极普遍偏薄时，应做到提前停电，可以有效地减少出槽作业时大量残极断落。
4.4 控制好电解液液位提放时间
在电解过程中，电解液必须不断地循环流通，以保持电解槽内电解液温度均匀，浓度均匀。贵冶电解车间槽面循环方式为采用电解液与阴极板面平行流动的循环方式［6］，即槽底中央进液、槽上两端出液的新“下进上出”循环方式，它是在电解槽底中央沿着槽的长度方向设一个进液管 (PVC硬管 ) 或在槽底两侧设两个平行的进液管，通过沿管均布的小孔 ( 孔距与同名极距相同 ) 给液。排液漏斗安放在槽两端壁上预留的出液口上，并与槽内衬连成整体，电解液循环方式示意图，如图 2所示。
通过在电解槽槽体两端的出液位置安装液位计即可调整电解液液位的高低，并按指定的提放液位时间和提放液位高度进行槽面液位提放。电解液在高液位时间过长，会导致阳极铜横梁顶部溶解过多，残极顶部太薄，在重力影响下造成残极从横梁处断裂 ；电解液在低液位时间过长，会导致阳极铜上部溶解过少，造成残极率偏大，残极率太高就会造成返炉费用增加成本升高。因此控制好电解液在高低液位的时间至关重要。
在实际生产中，通过实验效果对比来探寻最合适的电解液液位提放时间。贵冶电解车间二系列生产系统阳极铜电解周期为 20 天，经 2 次电解后经行车吊运至残极机组排出。我们以阳极铜电解半周期 10 天为例，分别以 4 个电解槽为一组进行分类实验。 其中数据如下 ：试验一 ：4 槽阳极铜单块均重 397.5kg，216 块，电解液液位提放时间为前 5天高液位、中间 4 天低液位、最后 1 天高液位 ；试验二 ：4 槽阳极铜单块均重 396.8kg，216 块，电解液液位提放时间为前 4 天高液位、中间 5 天低液位、最后 1 天高液位 ；试验三 ：4 槽阳极铜单块均重397.4kg，216 块，电解液液位提放时间为前 3 天高液位、中间 6 天低液位、最后 1 天高液位，三组试验在同一条件下同时进行。经过 20 天电解后得出数据统计表，如表 4 所示。
残极率定义为返回冶炼部分的残极重量与同块数的阳极重量的百分比［7］。根据残极率定义计算残极率，通过上述试验数据得出试验一较试验二、试验二会出现残极大量断落，试验二和试验三比较，结合贵溪冶炼厂残极率的标杆指标数据，综上数据得出试验二是最合理的电解液液位提放时间，即电解液液位提放时间为前 4 天高液位、中间 5 天低液位、最后 1 天高液位。通过合理控制电解液液位在不同位置的停留时间，有效地减少了残极的大量断落。
5 效果验证
通过以上生产措施实践后，再次对贵冶电解车间二系列 2018-2019 年 1-4 月同期断耳残极总量进行了统计，如图 3 所示。从图中可以看出，2019年 1-4 月份断耳残极量，较 2018 年有了明显的下降，因此上述改善措施是有效可行的。
6 结语
经过近 4 个月的生产实践，通过对各生产工艺指标和流程的优化，极大的减少了残极的断落。基本上消除了在生产运行过程中，因残极断落对作业率的影响。不仅降低了员工的劳动强度，减少了员工因处理故障带来的不安全因素，杜绝了安全事故的发生，而且缩短了系统作业时间，降低了系统交流电单耗 , 提高了系统作业率，为完成电解全年的产量和能耗指标提供了有利的保障。
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1 引言
贵冶电解车间二系列生产系统自 2003 年投产以来，已经运行了 16 年。随着工厂生产规模的持续扩大，二系列作业量逐年升高，生产系统长周期的运行导致生产条件劣化现象严重，特别是在进行外购复杂物料反复生产实验时，导致残极断落现象异常增多。这样需要频繁对断落残极进行处理，一方面人为处理断耳残极增加了员工的劳动强度，存在着极大的安全隐患 ；另一方面断耳残极造成了电解设备的损坏，增加了故障的频率，降低了设备的使用寿命，对生产系统的稳定运行和系统作业率产生直接的影响。从生产过程中看，降低残极断落数量在稳定系统作业率中起到极大的作用。
2 工艺简介
ISA 法铜电解精炼是采用纯净 316L 不锈钢阴极板作阴极，阳极铜板作阳极，电解液主要为含有游离硫酸的硫酸铜溶液。铜电解精炼过程示意图，如图 1 所示。
3 现状分析
根据实际生产状况，对贵冶电解车间二系列2018 年断落残极的情况进行分类统计，其中全年累计断落残极块数 1689 块，因阳极物料偏差、电解电流过大、电解通电时间较长、电解液位控制不当因素影响造成残极断落 1482 块，占全部影响因素的 87.74%。残极断落因素分析表，如表 1 所示。
要求机组加工工段严格按照工厂通用型阳极铜物理规格数据，通用阳极铜物理规格，如表 3 所示。根据生产实际需求进行机组基准参数设置，实现对每一块上机阳极板物理规格的在线监测，对其中不符合工艺要求的阳极板自动拒收并进行集中单独堆放，同时对物理规格异常的阳极板及时进行原因分析，积极与熔炼车间沟通使问题在前端得到处理，从而确保每一块电解阳极铜达到生产的工艺要求。通过规范机组拒收参数设置，基本上消除了前端因物料物理规格差，造成的残极大量断耳的情况。
4 改善实践
4.1 设置好上机阳极板的工艺参数
ISA 阳极加工机组，它具有对毛刺面朝北的阳
在铜电解生产实际过程中，电流效率是衡量电解过程的一项重要指标 , 而电流强度的大小对电流效率指标好坏产生直接影响。由电流效率的定义知，电流效率是指铜电解精炼过程中，阴极上实际析出的铜量与理论析出铜量的百分比。即 ：η =M/（Q·I·T·N×10-6）*100%式中 ：η- 电流效率（%），M- 当日出铜电解槽实际阴极析出量（t），Q- 铜的电化当量（1.18548g/A·h），I- 电流强度（A）（平均），T- 通电时间（h），N- 电解槽个数（当日出铜槽数）。
推导得出当日出铜电解槽实际阴极析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6。在其他条件不变的情况下，电流强度 I 增加时，单位时间内在阴极上析出铜量亦随之增加，导致阳极铜电离作用加快，阳极铜的不断溶解造成了残极的不断变薄，出现的残极的大量断落。
根据实际生产需要，在槽面电解生产管理的过程中，应随时关注阳极铜的电解溶解态势，当阳极铜溶解较快时，及时调整电流大小，从而减少出槽作业时残极的大量断落。
4.3 调整好电解槽通电时间
由公式 ：当日出铜电解槽实际阴极析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6 得知，在其他条件不变的情况下，随着通电时间 t 的增加，阳极上放电溶解铜量亦随之增加，从而导致残极不断变薄，系统作业时残极出现大量断落。
由于诸多作业因素的影响，导致电解槽通电时间长短不一，应在日常作业中建立系统作业送电时间记录表。槽面出槽作业停电时，根据装槽送电时间表以装槽作业送电时间早晚来调整出槽作业停电时间长短。在阳极铜电解后期，要密切关注残极的变化，当发现残极普遍偏薄时，应做到提前停电，可以有效地减少出槽作业时大量残极断落。
4.4 控制好电解液液位提放时间
在电解过程中，电解液必须不断地循环流通，以保持电解槽内电解液温度均匀，浓度均匀。贵冶电解车间槽面循环方式为采用电解液与阴极板面平行流动的循环方式［6］，即槽底中央进液、槽上两端出液的新“下进上出”循环方式，它是在电解槽底中央沿着槽的长度方向设一个进液管 (PVC硬管 ) 或在槽底两侧设两个平行的进液管，通过沿管均布的小孔 ( 孔距与同名极距相同 ) 给液。排液漏斗安放在槽两端壁上预留的出液口上，并与槽内衬连成整体，电解液循环方式示意图，如图 2所示。
在实际生产中，通过实验效果对比来探寻最合适的电解液液位提放时间。贵冶电解车间二系列生产系统阳极铜电解周期为 20 天，经 2 次电解后经行车吊运至残极机组排出。我们以阳极铜电解半周期 10 天为例，分别以 4 个电解槽为一组进行分类实验。 其中数据如下 ：试验一 ：4 槽阳极铜单块均重 397.5kg，216 块，电解液液位提放时间为前 5天高液位、中间 4 天低液位、最后 1 天高液位 ；试验二 ：4 槽阳极铜单块均重 396.8kg，216 块，电解液液位提放时间为前 4 天高液位、中间 5 天低液位、最后 1 天高液位 ；试验三 ：4 槽阳极铜单块均重397.4kg，216 块，电解液液位提放时间为前 3 天高液位、中间 6 天低液位、最后 1 天高液位，三组试验在同一条件下同时进行。经过 20 天电解后得出数据统计表，如表 4 所示。
残极率定义为返回冶炼部分的残极重量与同块数的阳极重量的百分比［7］。根据残极率定义计算残极率，通过上述试验数据得出试验一较试验二、试验二会出现残极大量断落，试验二和试验三比较，结合贵溪冶炼厂残极率的标杆指标数据，综上数据得出试验二是最合理的电解液液位提放时间，即电解液液位提放时间为前 4 天高液位、中间 5 天低液位、最后 1 天高液位。通过合理控制电解液液位在不同位置的停留时间，有效地减少了残极的大量断落。
通过以上生产措施实践后，再次对贵冶电解车间二系列 2018-2019 年 1-4 月同期断耳残极总量进行了统计，如图 3 所示。从图中可以看出，2019年 1-4 月份断耳残极量，较 2018 年有了明显的下降，因此上述改善措施是有效可行的。
经过近 4 个月的生产实践，通过对各生产工艺指标和流程的优化，极大的减少了残极的断落。基本上消除了在生产运行过程中，因残极断落对作业率的影响。不仅降低了员工的劳动强度，减少了员工因处理故障带来的不安全因素，杜绝了安全事故的发生，而且缩短了系统作业时间，降低了系统交流电单耗 , 提高了系统作业率，为完成电解全年的产量和能耗指标提供了有利的保障。
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