铜火法精炼阳极炉质量缺陷及预防措施

论文题目：铜火法精炼阳极质量缺陷及其预防措施班级：08机电二班专业：机电一体化学生姓名：王道刚企业指导教师：姜珍玉学校指导教师：栾少东烟台职业学院机械工程系日期：2011年5月27日铜火法精炼阳极质量缺陷及预防措施摘要：铜火法精炼的主要目的是为电解工序生产物理规格和化学成份都达到规定要求的铜阳极，对电铜生产企业来说，铜阳极质量是一项非常重要的技术指标，铜阳极质量的好差直接影响着电铜质量和电解工序的各项技术经济指标，对电铜的综合生产成本有着极为重要的影响。在铜火法精炼生产中，我公司通过实施阳极质量缺陷预防措施来提高阳极质量及降低阳极废品率关键词：铜、火法精炼、电解、废品率目录第1章对阳极铜的质量要求1物理规格方面的要求2化学成份方面要求第2章阳极质量缺陷的表现形式2.1物理规格方面缺陷2.2化学成份方面缺陷2.3质量稳定性方面缺陷第3章消除质量缺陷的预防措施3.1作业准备阶段采取的预防措施3.2氧化扒渣采取的预防措施3.3还原作业采取的预防措施3.4浇铸阶段采取的预防措施第4章效果第5章结语1对阳极铜的质量要求要确保电解工艺生产出质量符合国家标准的高纯铜，铜阳极质量合格是必要条件，铜阳极质量缺陷的存在非常不利于电解产出高纯铜。对铜阳极的质量要求主要包括物理规格和化学成份这2个方面，我公司多年的生产实践证明，铜阳极质量的好坏较为直接地影响着电解高纯铜产出率的高低，因此，从事铜电解精炼的生产人员必须高度重视铜阳极质量这一重要影响因素。1.1物理规格方面的要求物理规格方面主要控制外观质量、块重，特别是要高度重视铜阳极的耳部质量。我公司铜阳极厚度为：42±2mm，块重：270+5kg，对阳极表面质量的要求为：呈细密皱纹形状、平整无明显弯曲(<lOmm)、边角饱满无残缺、无飞边毛刺(<lOmm)、无板面附着杂物及鼓包凸起(<5mm)、无背面隆起(<5ram)、无较大面积气孔及板面黑皮(^25%)、板面厚度均匀(下部厚度忍上部厚度，且厚度差<5mm)。对阳极耳部的质量要求为：耳部厚度38±4mm、无明显分层、无折弯扭曲、无折断裂纹、底部平整无棱角。2化学成份方面要求铜阳极中Cu及杂质含量的一般要求?见下表：元素：CuAsSbBiNi Pb含量(%)>99 <0.20<0.03<0.03 <0.30 <0.202阳极质量缺陷的表现形式1物理规格方面缺陷我公司电解工艺特点(极距<86mm；电流密度>300A/m2)决定了对阳极物理规格要有严格质量要求。阳极板面弯曲过大、粘附杂物或表面鼓包及背面隆起超标如未进行质量缺陷消除处理，会使短路率增多、电效降低及电铜外观质量下降。阳极块重应均匀达标，过厚使残极率上升及尾板处理操作量增加；过小则对人槽阳极使用后期操作管理非常不利，进而对电铜质量也有非常不利的影响。耳部质量缺陷对电解也有诸多不利，如耳部太厚不利于阳极耳部校正并且使残极率上升，偏薄则使耳部牢固性下降甚至于发生断耳现象；阳极如有冷隔分层、不饱满、扭曲、成锥体状等，易引起阳极晃动造成极间短路；阳极板面气包或气孔多易使阴极板面长粒子；其它质量缺陷，如飞边毛刺多及阳极上下或左右厚度偏差大对电解指标也有诸多不利影响。另外，铜火法精炼产出物理规格不达标铜阳极，经外形修整仍无法挽救的阳极，只能做回炉重熔处理，这使得铜火精炼阳极合格率、重油单耗等生产技术经济指标变差，铜阳极生产成本上升。2.2化学成份方面缺陷铜阳极化学成份不达标对火法精炼与电解生产均造成诸多不利影响。部份杂质含量过高将不同程度地危害铜电解生产：如含As、sb、Ni、O较高，精炼时生成的NiO和竦云母会使槽电压升高，甚至引起阳极钝化；Pb在电解过程中与硫酸作用生成PbSO.，并可能进一步氧化成PbO或PbO：，阳极含Pb过高同样会使槽电压升高仍至阳极钝化；阳极中Fe溶解进入电解液会增加硫酸消耗，二、三价Fe离子会在阴、阳极来回作用使电效降低；电解液中含As、Sb、Bi高时易生成“漂浮阳极泥”，使电铜上沿质量明显下降；As、Sb、i的析出电位接近于铜，在一定电解条件下，能和铜在阴极上一起放电析出；0、S、Se、Te等杂质含量增加，则阳极泥率增大、阳极泥含铜上升，阴极铜直收率下降；含S高时易使生成电铜发脆；为确保电铜质量，杂质含量增加须相应增加添加剂用量和加大净液处理量；各种杂质含量上升会使阳极接触电阻增加，杂质在电解液中积累会降低电解液导电率等等。铜火法精炼生产过程中，如还原结束炉内铜水中部分杂质含量偏高或铜水含氧量超过一定规定范围，浇铸作业常出现的问题有：铜水流动性变差，增加阳极物理规格达标控制难度，容易导致产出的阳极边角或耳部不饱满造成次品或废品；产出阳极易发生断耳、上沿开裂现象；板面因鼓包、不平整明显增加，使阳极表面质量恶化；阳极模受杂质高温腐蚀加重，阳极模使用寿命缩短；浇铸作业中，在烧火提温后因炉内残余渣中杂质返熔或铜水含氧增加，产出阳极外观质量将继续恶化，情况严重时不得不提前堵铜口，大量废阳极须返炉重熔，使生产成本上升，给生产造成较大损失。3质量稳定性方面缺陷在确保阳极质量合格的前提下，尽可能地维持阳极质量的稳定，对铜电解精炼生产有重要意义。因为，铜电解精炼生产各项工艺参数一般控制在一个相对稳定的范围内，阳极质量稳定做为其系统稳定性的重要因素之一，必须引起高度关注，阳极质量的明显波动将引起电铜质量的相应波动，这一点也为我公司多年的生产实践所证明。阳极化学成份的明显或异常波动，破坏了电解精炼系统的稳定性，将直接或间接地引起电解液中硫酸、cu离子以及其它杂质浓度波动较大，极易造成不同批次产出的电铜质量波动较大，为确保电铜质量，对添加剂用量、电解液净化处理量、硫酸与Cu离子浓度控制等技术措施须频繁调整，非常不利于电解正常生产；对含某些元素较高的阳极，如高As、Sb或高Au、Ag以及高Ni阳极等还需采取其它特殊技术措施。确保阳极物理规格的相对稳定对电解精炼生产也同样有着重要意义。块重是否均匀及控制在规定范围内，会直接影响残极率，如阳极偏薄须提前更换处理，一方面增大了工作量；另一方面，在残极更换过程中，因搅动电解液对电铜质量也有不利影响。如阳极整体性偏薄或偏厚，还需调整电解电流强度，或调整电铜出槽时间等。3消除质量缺陷的预防措施铜火法精炼周期包括作业准备、加料、熔化、氧化扒渣、还原和浇铸六个基本作业阶段【2J。为有效消除阳极质量缺陷，我们对生产过程中影响阳极质量的各关键阶段均采取了质量缺陷预防措施，使阳极质量得到提高并长期趋于稳定。3.1作业准备阶段采取的预防措施针对铜原料复杂这一特点，为有效消除阳极质量缺陷，我们采取了相应措施。制定人炉料内控标准，加强人炉料配比，原料做到超前组织，通过受控的炉料尽可能地稳定每炉次入炉料的Cu品位及主要杂质含量，特别是对含Au、Ag、Ni、Pd等金属较高或含s、As、sb、Bi等杂质较高的原料都合理搭配好，合理、均衡配料既有利于生产操作和作业管理，也使得炉况更稳定，渣型更趋合理，产出阳极质量更稳定。加强原料动态管理，做好堆场不同铜原料的分类标识，要求相关人员熟悉和准确掌握好各种铜原料品位及主要杂质含量情况。严格控制含铜物料中的耐火泥、镁泥等加人炉内，因各种高温耐火材料人炉会使炉渣熔化性温度升高、黏度增大，不利于扒渣作业和降低渣含铜；同时，对本公司电解及净液系统返回的低品位含铜物料实行均衡化处理。对本厂圆形鼓风炉处理精炼渣所得次黑铜及电积黑铜适当外售，使杂质开路并减少部份难除杂质的循环累积。2氧化扒渣采取的预防措施除氧化带入氧元素外，其余各种杂质的脱除主要是在氧化扒渣阶段，而这些杂质脱除的主要除途径为氧化挥发及形成浮渣通过扒渣除去，为使各种杂质尽可能脱除彻底，我们在氧化扒渣阶段采取了如下质量缺陷预防措施。根据入炉料情况选择相应的升温制度：入炉料中无个别严重超标杂质或该杂质易除，对氧化扒渣无特殊作业要求，则采用快速升温作业以加快杂质氧化脱除；人炉料中含S较高，则在氧化前期适当降低升温速度，甚至停风、停火氧化；入炉料中含As、Sb等难除杂质较高，则采用缓慢升温办法，使铜水的升温终点与氧化终点尽可能同步，以降低重油消耗；适当提高渣熔体过热温度，以降低炉渣黏度。选择适当的造(除)渣制度：视入炉料确定石英石、焦炭熔剂的加入量、加入批次和加入时机；适当增加渣量，对氧化除杂有利；难除杂质较高的原料，采用双渣法操作；在还原的过程中，未扒除残留炉内浮渣中的部分杂质金属也要被还原，须尽可能扒净炉内精炼渣；扒渣时，往炉内均匀铺撒添加25—50kg细焦炭粉，C的氧化使渣中生成较多的CO小气泡，此种泡沫渣流动性好，有利于降低渣含铜和便于扒渣操作。设法使炉内铜水均匀化：通过加强铜水搅拌及勤变换氧化管、还原管插入位置，使炉内铜水氧化、还原程度及温度更均匀，对提高阳极质量有利，对通过取小样来判断终点的准确度提高有利。加强氧化压缩风与炉内铜水的接触：我公司铜精炼阳极炉熔池较深(>0.75m)，对杂质(特别是Pb)氧化脱除较为不利，阳极含Pb量长期严重超标(取样化验值经常性在0.20%以上)。为此，我们将氧化弯头铁管加长200mm，经生产实践证明对氧化除杂效果较为明显，在使用改进的氧化铁管后阳极含Pb量显著下降(取样化验值长期稳定在0.10%以下)。根据人炉料情况选用不同的氧化作业制度并合理控制好氧化终点：视铜原料主要杂质含量情况，相应调整好各种熔剂的加入量和加人时机；根据人炉料情况控制相应的氧化深浅程度，比如对高品位铜料，采用浅氧化作业。3还原作业采取的预防措施为使还原得到合格铜水，我们在还原作业阶段采取如下质量缺陷预防措施：还原前确保铜水温度达到要求，炉内残留浮渣扒除完全；还原期间适当变换还原管插入位置，以使炉内各处铜水还原均匀；还原后期阶段分时取小样以准确掌握还原终点。3.4浇铸阶段采取的预防措施浇铸阶段如果控制不严格，极易产生阳极废、次品，特别是在浇铸过程中极易产生因块重、弯曲、板面质量差、上下或左右厚薄不均以及耳部缺陷等物理规格不达标阳极，使得阳极废品率大为上升。我们采取了下列质量预防措施后，浇铸作业废品实现了明显降低，单炉废品由预防措施实施前的经常性超过15块，降至目前较稳定的每炉3块以下。确保铜水质量合格：主要是控制好铜水温度、化学成份和炉内铜水的均匀性，温度过高时往炉内加入一定量废阳极或残极，温度偏低则及时提温(以铜水流动性拉包)性做好浇铸过程中的炉子保温，减少炉内铜水热量损失以降低。做好浇铸前的干燥、清洁等准备工作：还原开始对阳极模、出铜流槽进行有效烘烤，临近还原终点，将阳极模、流槽用压缩风吹扫干净，确保了阳极模无粘附杂物，浇铸产出阳极外观质量也有明显改善。做好铜水保温及与空气的隔离工作：我公司出铜流槽较长，铜水在浇铸过程中与空气接触会不同程度的被二次氧化及降温，为减轻和消除此现象，我们在浇铸过程中对铜水表面用木炭或稻草做覆盖物。生产实践表明，此做法对改进阳极表面有积极效果。严格阳极模的入库、使用和更换管理：对每块阳极模严格检查，不合格模坚持不用；JJn强对阳模校平、使用及后期管理，平模作业由每日一次改为每炉浇铸结束对阳极模检查和平模一次，及时性消除阳极模原因造成浇铸废品；将阳极模羊角加高5mm，阳极耳部质量缺陷明显减少，阳极吊挂垂直度也明显改善。改进拉包装置：用简单的人工杠杆控制代替原来的电动拉包装置，消除了浇铸包倾倒铜水时的浇铸惯性，使阳极的块重控制相对容易，阳极块重的均匀性得到了明显改进。改进阳极冷却水配置：为便于控制模温及便于调节阳极冷却强度，消除阳极冷热不均引起的阳极弯曲变形，我们增大了可供调节的冷却水量，并配置多路可供调节水量大小的水阀，对阳极耳部重点加强喷水冷却以使其失去高温变形能力，以消除阳极耳部脱模时扭曲及折弯变形。改进阳极脱模、取板装置：将斜轨顶针脱模、人工操作气吊取板，改成液压顶针脱模、液压自动取板，这既明显提高了作业效率，又减轻了圆盘浇铸机运行阻力，大大增强了圆盘浇铸机运行的平稳性，使阳极一侧溢模造成的飞边毛刺现象显著降低。4效果我公司投产后的前几年，因未采取有效的质量缺陷预防措施，使得火法精炼产出阳极质量不稳定且经常性不达标，铜阳极因块重、板面质量或耳部缺陷等原因造成物理规格不达标的次品、废品较多，单炉阳极物理性废品率经常在5%以上；在大力实施阳极质量缺陷预防措施后，阳极物理外观得到了显改善，阳极物理性废品率已稳定在l%以下。此前，阳极Cu品位也时常不达标或极不稳定(Cu品位经常性低于99%)，部份杂质元素如Pb、As等含量也长期超标，使得电解阳极钝化或阳极泥漂浮现象常有发生，不同批次产出电铜质量波动较大；在采取上述阳极质量缺陷预防措施后，阳极Cu品位已稳定达标，阳极Cu品位也提高到较稳定的99.20以上各项杂质含量也达到了本公司的内控要求另外，阳极废品率较高，也是造成铜火法精炼单耗、电单耗等技术经济指标恶化的重要原因之，如今这些指标已有明显改善(2003年以前阳极铜油耗＞90kg，阳极吨铜电耗＞27kwh；目前阳极铜油耗＜83kg，阳极吨铜电耗＜20kWh)。5结语我公司在黑铜、次黑铜和其它低品位铜原料处理量明显加大及铜原料中各种杂质含量明显增加的情况下，通过实施阳极质量缺陷预防措施，经多年生产实践证明对提高