平行流铜电解精炼工艺与生产实践研究
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摘 要 平行流技术是一种先进、高效的新型铜电解精炼工艺技术提高产能和效率方面发挥着重要的作用。同时，在生产实践过程中也发现了一些问题。本文对平行流铜电解精炼工艺与生产实践进行了探讨分析。
关键词 平行流;电解铜;实践应用
引言
平行流技术是一项全新的电解精炼工艺，通过辅助喷射装置，使得电解液能够按照预定的速度和轨道进行流动，从而控制反应的速率，从而最大限度地避免浓度差和阳极钝化问题。电解铜是指粗铜通过专门的方法，通电后获得纯铜的过程。电解铜和人类有着非常密切的关系，在我国有色金属材料消费中仅次于铝。被广泛应用于机械制造、电气、化工、建筑工业、国防工业等领域。现有常规的电解工艺主要是始极片电解和永久不锈钢阴极电解两种方式，是典型的高能耗行业。
1 平行流技术理论基础
平行流技术是一项全新的电解精炼工艺，通过辅助喷射装置，使得电解液能够按照预定的速度和轨道进行流动，从而控制反应的速率，从而最大限度地避免浓度差和阳极钝化问题。在铜电解过程中，根据法拉第定律计算阴极板表面上沉积的铜的质量，m铜=i·A·t·M铜/z·F，式子中：i为电流密度，A为极板表面积，t为时间，M铜为铜离子的摩尔质量，z为铜离子的电荷数，F为法拉第常数。电解液以0.5m/s-2.5m/s 的高速度在靠近阴极板侧下部强制平行喷射进入阴阳极板间，给电解液提供动能，电解液在阴极表面向上运动，在阳极表面向下运动，电解液在阴极和阳极之间形成了“内循环”，在消除浓差极化同时带动阳极板表层阳极泥快速沉降，打破了阳极钝化相膜，消除阳极钝化，从而达到高电流密度生产。高电流转化的热能足以使电解液热平衡，加热蒸汽所耗能降低约85%，产生了显著的节能效果[1]。
2 平行流技术流程
选择循环槽经变频泵直接给电解槽供液，来代替传统电解循环系统中的高位槽。电解槽供液可以采用侧面给液方式或者两侧给液方式，通过进液装置的喷嘴流出，槽面两端溢流出的电解液汇总后返回循环槽。同时在出装槽作业时，利用变频泵与循环电解液的压力连锁，调节电解槽的给液量，实现电解槽给液的自动调节。通过平行流装置对阴极板的准确定位，加上电解装槽过程中全自动电解装用吊车和电解槽间的准确定位，实现带有阴极定位器的平行流装置自动生产[2]。
3 底部交错平行流技术
在距离液面一定位置处，将电解槽端头的进液总管分成两根各方面完全相同的支管，通过嵌入槽体内的套筒将支管固定在电解槽的侧壁上。同时，在两根支管上依次交替布置分液口，分液口沿电解液的流动方向安置。在电解过程中，新鲜的电解液由总管流出分配给两根支管，然后再经过支管上的各个分液口流入到极板中间，以达到均匀布液。通过电解液能够按照一定速度在阴极板表面流动，从而实现及时补充新鲜铜离子。这种进液方式能够在高电流密度电解时减小阴极附近的浓差极化，从而确保了电解生产的正常进行。
4 平行流技术应用案例
案例是某50万t电解阴极铜工程项目。通过在永久不锈钢阴极工艺的基础上安装电解槽平行流装置，并配套高电解液循环装置进行生产。该项目主要在原有的1440 个电解槽上安装平行流装置，由循环槽经变频泵直接给电解槽供液，取消了传统电解循环系统中的高位槽。主要增加的設备为4套电解液循环装置和1440套平行流装置PFD。本次改造投资额约11200 万元，建设为期两年。碳减排量75240t，环境效益显著。每年将节能28500tce，年节能创造经济效益3600万元，投资回收期仅不到4 年。这是平行流技术在实践应用中的成功案例，类似的成功案例还有很多。
5 技术应用情况
平行流电解铜技术已经通过专利申请，包括“两项国家发明专利和八项实用性新型专利”。并通过了多个相关权威组织的认可，例如2015年8月通过中国有色金属工业协会组织的科技成果评价，于2016年获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖。众多权威机构的认可，为这项技术在实际应用中进一步推广奠定了基础。根据杂志《国家技术生产指导》在2017年底统计的数据来看，平行流电解铜技术的使用企业已经从最初的11家上升为114家，得到了快速的普及和应用。
6 应用中存在问题
阴极铜作为电解反应的关键，根据国家的相关标准要求，不能出现大面积钝化现象，还应该保证表面平整光滑、周边整齐、结晶致密。而在实际应用中，通过观察发现部分阴极铜存在着细小颗粒和沉淀，使得阴极铜无法满足国家的相关制定标准，不但影响反应的进行和反应的准确的，长期使用，会导致反应的弱化，这也是技术应用需要注意和反思的地方。
7 结束语
平行流技术是一种先进、高效的新型铜电解精炼工艺技术提高产能和效率方面发挥着重要的作用。同时，在生产实践过程中也发现了一些问题，例如阴极铜结晶粗糙、电解液人设参数不当等问题。这些问题的产生一来是因为平行流理论尚存在缺陷，二来是生产加工过程中操作不当造成的。现有的生产数据和实践效果为将来的技术优化提供了重要的资料。今后理论基础和生产实践将更加密切及时的结合，为电解铜高产能、高效率、低能耗电解奠定坚实的基础。
参考文献
[1] 宣善伦.高电流密度下生产阴极铜的实践[J].中国有色冶金，2016， 36（06）：27-29.
[2] 周松林.铜电解精炼新工艺与生产实践[J].有色金属（冶炼部分），20l6，（02）：1-4.
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