陳 遲

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031）

某銅冶煉廠電解車間搬遷擴(kuò)建方案比較

陳 遲

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031）

由于環(huán)保的壓力和企業(yè)發(fā)展的需要，某銅冶煉廠需在近幾年內(nèi)完成搬遷擴(kuò)建。介紹了某銅冶煉廠電解車間的現(xiàn)狀和電解行業(yè)背景，比較了三種方案的工藝技術(shù)，估算了三種方案的投資和運(yùn)行成本。結(jié)果表明，大極板、雙向平行流、不銹鋼陰極電解方案工藝技術(shù)先進(jìn)，投資和運(yùn)行成本低，是搬遷擴(kuò)建工程的推薦方案，符合我國(guó)銅冶煉行業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策。

電解車間；雙向平行流；不銹鋼陰極電解；搬遷擴(kuò)建；方案比較；產(chǎn)業(yè)政策

1 引言

近些年來，我國(guó)城市迅速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大。一些銅冶煉企業(yè)在建成之初位于市郊或城市周邊村鎮(zhèn)，隨著城市的發(fā)展這些企業(yè)所在的區(qū)域已成為城區(qū)，且往往毗鄰生活區(qū)或商業(yè)區(qū)。雖然現(xiàn)在的銅冶煉企業(yè)大多很重視環(huán)保，但生產(chǎn)的過程還是不可避免地對(duì)周邊環(huán)境造成一定影響；另一方面地處城區(qū)也限制了企業(yè)的再發(fā)展。為此，某銅冶煉廠一直在籌劃遷址擴(kuò)建事宜，然而搬遷擴(kuò)建并不是簡(jiǎn)單的規(guī)模擴(kuò)張，需在此過程中完成技術(shù)的提升，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，方案選擇非常關(guān)鍵。本文從工藝技術(shù)、投資及運(yùn)行成本幾方面對(duì)某冶煉廠電解車間搬遷擴(kuò)建方案進(jìn)行比較，為企業(yè)決策提供參考。

2 企業(yè)及行業(yè)現(xiàn)狀

2.1 某冶煉廠電解車間簡(jiǎn)介

某冶煉廠現(xiàn)有不銹鋼陰極電解車間于2010年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為陰極銅18萬t/a，采用小極板永久不銹鋼陰極電解工藝，那時(shí)選擇小極板工藝，也是考慮到與原有小極板傳統(tǒng)法電解車間的極板規(guī)格匹配。電解車間配備2臺(tái)陰極剝片機(jī)組，1臺(tái)陽極整形機(jī)組，1臺(tái)殘極機(jī)組及2臺(tái)電解專用吊車，上述設(shè)備均為引進(jìn)設(shè)備，目前運(yùn)行狀況較為良好。

但企業(yè)目前地處城區(qū)，承受的環(huán)保壓力愈來愈大，發(fā)展空間受到極大限制，因此工廠搬遷并進(jìn)行技術(shù)升級(jí)勢(shì)在必行。

2.2 電解行業(yè)背景

永久不銹鋼陰極電解工藝［1］目前已在國(guó)內(nèi)銅冶煉行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［2-3］，其又分為大極板工藝和小極板工藝，相對(duì)大極板工藝，小極板不銹鋼陰極電解工藝應(yīng)用較少。

隨著不銹鋼陰極電解工藝的普遍應(yīng)用，在合理范圍內(nèi)追求高電流密度成為電解工藝發(fā)展的趨勢(shì)。普通不銹鋼陰極電解技術(shù)電流密度一般為280～320A/m2。如果進(jìn)一步提高電流密度，往往會(huì)出現(xiàn)濃差極化、陽極鈍化等現(xiàn)象［4］，導(dǎo)致陰極銅質(zhì)量達(dá)不到高純陰極銅標(biāo)準(zhǔn)。為解決這一難題，中國(guó)瑞林研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙向平行流高效電解工藝及專用裝置，改進(jìn)了電解槽內(nèi)溶液的循環(huán)方式，調(diào)整了部分電解工藝參數(shù)，可以進(jìn)一步提高電流密度至350～380A/m2，且產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了高純陰極銅的標(biāo)準(zhǔn)。此項(xiàng)技術(shù)已通過江西省科技廳課題鑒定，確定為江西省科學(xué)技術(shù)成果。

3 建設(shè)規(guī)模及方案

本項(xiàng)目電解車間規(guī)模為陰極銅40萬t/a，需異地選址擴(kuò)建。針對(duì)此電解車間的建設(shè)，并考慮原有設(shè)備的利舊，有如下三個(gè)方案：

方案一：新建40萬t雙向平行流、大極板不銹鋼陰極電解車間，原有主要設(shè)備外售；

方案二：新建40萬t大極板（普通）不銹鋼陰極電解電解車間，原有主要設(shè)備外售；

方案三：建設(shè)40萬t小極板（普通）不銹鋼陰極電解車間，原有主要設(shè)備搬遷利舊。

4 電解工藝技術(shù)比較

4.1 大、小極板普通不銹鋼陰極電解比較

從以下幾個(gè)方面進(jìn)行比較：

單槽產(chǎn)量：按本項(xiàng)目的普通不銹鋼陰極電解的工藝參數(shù)，大極板電解槽產(chǎn)量比小極板多約25%，這意味著建設(shè)相同規(guī)模的電解車間，大極板方案所需的電解槽和不銹鋼陰極板數(shù)量比小極板方案少約25%。

殘極率：大極板陽極和小極板陽極的吊耳重量差別不大，所以大極板陽極吊耳占整個(gè)極板的重量比較小，即同等條件下大極板電解的殘極率較低。大極板不銹鋼陰極電解的殘極率一般為13%～15%，而小極板一般為14%～17%。本項(xiàng)目陰極銅40萬t/a的規(guī)模，按殘極率相差1%，大極板方案的殘極量比小極板少約5600t/a。殘極率低一方面減少了銅在生產(chǎn)過程中的積壓，加速了流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)；另一方面減少了殘極返熔量，降低了殘極返熔費(fèi)用。

極距：原有小極板工藝的極距為95mm，而大極板不銹鋼陰極電解在國(guó)內(nèi)極距一般為100mm。上述三個(gè)方案中，小極板方案的極距較小。

電耗：由于小極板方案的極距小，則槽電壓相對(duì)大極板方案略低，故電耗也略低。

蒸氣耗量：大極板方案的槽電壓高，由電能產(chǎn)生的熱量略多，蒸汽耗量比小極板方案略低。

相對(duì)小極板不銹鋼陰極電解工藝，大極板工藝單槽產(chǎn)量高，相同規(guī)模下電解槽數(shù)量少，占地面積小，設(shè)備及操作人員更少，殘極率等相關(guān)指標(biāo)也更好。大極板方案電耗略高，蒸汽耗量略低，綜合能耗相當(dāng)。而且就本項(xiàng)目而言，小極板方案需利舊，在設(shè)備的拆除、運(yùn)輸、重新安裝的過程中不確定因素較多，實(shí)施的難度較大。綜合上述因素，大極板不銹鋼陰極電解的優(yōu)勢(shì)較為明顯。

4.2 雙向平行流和普通不銹鋼陰極電解對(duì)比

單槽產(chǎn)量：雙向平行流、不銹鋼陰極電解（下簡(jiǎn)稱雙向平行流電解）的電流密度為350～380A/m2，普通不銹鋼陰極電解為300A/m2，前者單槽產(chǎn)量比后者高16%～25%。

槽內(nèi)電解液循環(huán)：雙向平行流電解采用貼近陰極板面的噴嘴雙向平行進(jìn)液，溶液分布均勻，經(jīng)過板間的溶液量達(dá)50%～70%，可以快速補(bǔ)充陰極板面溶液中的銅離子，減少濃差極化。而普通不銹鋼陰極電解一般采用下進(jìn)上出等循環(huán)方式，溶液有效利用率僅為15%～20%。

電耗：雙向平行流電解采用上述進(jìn)液方式，從而使高電流密度電解變?yōu)榭赡?。不過電耗也會(huì)有所提高，電流密度350A/m2時(shí)，交流電耗約410 kW·h/tCu，折合50.4kgce/tCu。普通不銹鋼陰極電解電流密度300 A/m2時(shí)，交流電耗約為370 kW·h/ tCu，折合45.5kgce/tCu。

蒸氣耗量：使用雙向平行流電解時(shí)，夏季往往不需要使用蒸汽，冬季只需少量蒸汽，加之本項(xiàng)目地處南方，故蒸汽單耗很少，約為0.05t/tCu，折合4.5kgce/tCu。而普通不銹鋼陰極電解的蒸汽單耗約為0.3t/tCu，折合27kgce/tCu。

綜上所述，雙向平行流電解比普通不銹鋼陰極電解單槽產(chǎn)量高，電解液有效利用率高，可以實(shí)現(xiàn)高電流密度電解，電耗相對(duì)高，蒸汽耗量相對(duì)低，折合成標(biāo)煤后綜合能耗更低，凈液工段能耗也低于《銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 21248-2014）規(guī)定的先進(jìn)值［5］。

上述主要工藝技術(shù)參數(shù)比較如表1所示。

表1 電解車間主要工藝技術(shù)參數(shù)比較

除了中國(guó)瑞林的雙向平行流技術(shù)外，山東陽谷祥光銅業(yè)二期工程引進(jìn)了奧地利的METTOP-BRX平行流電解技術(shù)［6-7］。由于采用了高電流密度電解，將電流密度提高至380～420A/m2，提高了單個(gè)電解槽產(chǎn)能，減少了電解槽數(shù)量，從而減少了電解槽和廠房的投資。但此技術(shù)的應(yīng)用也存在設(shè)備費(fèi)用和專利費(fèi)用高，電耗高等問題。

中國(guó)瑞林的雙向平行流電解技術(shù)并不追求絕對(duì)的高電流密度，而是要在較高電流密度、合理能耗和較低投資之間尋求平衡。在合理范圍內(nèi)提高電流密度，在此基礎(chǔ)上減少電解槽數(shù)量、不銹鋼板數(shù)量和廠房面積以降低投資，將槽電壓和電耗控制在一定范圍。這一理念更符合我國(guó)銅冶煉行業(yè)技術(shù)先進(jìn)、綠色友好的要求。

5 廠房和設(shè)備比較

根據(jù)三個(gè)方案的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)備選型計(jì)算及車間配置，得出電解車間需要的主要設(shè)備數(shù)量及廠房建筑面積。三個(gè)方案的廠房及主要設(shè)備比較如表2所示。

表2 廠房及主要設(shè)備對(duì)比

6 投資與成本估算

6.1 可利舊設(shè)備的價(jià)值核算

陰極剝片機(jī)組、陽極機(jī)組、殘極機(jī)組、專用吊車、不銹鋼陰極板、整流器、凈化過濾機(jī)等原有設(shè)備目前運(yùn)行較為良好，可以利舊。由于大部分是引進(jìn)設(shè)備，購(gòu)入時(shí)價(jià)格較高，原價(jià)值合計(jì)31391.28萬元。若本項(xiàng)目電解車間2017年可以完工，從2010年至2017年按7年折舊考慮，折舊后這部分設(shè)備仍然有10516.08萬元的價(jià)值，如表3所示。

6.2 工程費(fèi)用比較

三種方案的工程費(fèi)用及折舊設(shè)備價(jià)值比較如表4所示。

表3 可利舊設(shè)備的折舊

表4 工程費(fèi)用比較萬元

隨著不銹鋼陰極電解設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，減少了設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，三個(gè)方案的不銹鋼陰極電解車間投資相比以往工程都大幅降低。

由于設(shè)備利舊，方案三在設(shè)備購(gòu)置上費(fèi)用較少。但該方案廠房面積較大，建筑工程費(fèi)用較高；設(shè)備總量多，安裝費(fèi)用較高；利舊設(shè)備雖省去了購(gòu)置費(fèi)，但拆卸、運(yùn)輸、整修仍然需要一定費(fèi)用。綜合上述費(fèi)用，雖然方案三利用了相當(dāng)多的原有設(shè)備，但其工程費(fèi)用也只比方案一低1414萬元，比方案二低4879萬元。

方案一、方案二中這部分可利舊設(shè)備外售給其他公司使用，使其繼續(xù)發(fā)揮使用價(jià)值，同時(shí)也能獲得較為可觀的銷售收入。這部分設(shè)備折舊后的價(jià)值約為10516萬元，雖然實(shí)際銷售收入可能略低于其價(jià)值，但一定會(huì)大于方案一、方案二工程費(fèi)用和方案三的差值。也就是說方案一、二的實(shí)際投資額比方案三更低。

由于廠房面積小，電解槽數(shù)量少、不銹鋼陰極板用量少等因素方案一比方案二工程費(fèi)用少約3465萬元。即方案一雙向平行流電解的實(shí)際投資額最低。

6.3 可比加工成本估算

方案一雙向平行流電解的職工人數(shù)少，薪酬總額低；電解槽、不銹鋼板的設(shè)備

表5 可比加工成本估算比較

量少，折舊費(fèi)和修理費(fèi)低；雖然動(dòng)力成本比較高，但合計(jì)可比加工成本還是最低的。

三種方案的可比加工成本估算如表5所示。

7 結(jié)論

綜合上述比較，考慮利舊設(shè)備的折舊價(jià)值，相對(duì)小極板不銹鋼電解方案，大極板不銹鋼陰極電解方案實(shí)際投資額低、可比加工成本也更低。

而采用了雙向平行流技術(shù)的不銹鋼陰極電解方案，不但工藝先進(jìn)，代表了電解技術(shù)的發(fā)展方向，而且可以進(jìn)一步減少建設(shè)投資，可比加工成本也略低。故建議將方案一：新建40萬t雙向平行流、大極板不銹鋼陰極電解車間作為推薦方案。此方案在規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)提升了工藝技術(shù)，符合我國(guó)銅冶煉行業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策，如采用此方案有望進(jìn)一步提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］姚素平.永久陰極銅電解技術(shù)述評(píng)［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究， 2000，21（3）：11-20.

［2］趙欣.銅電解新技術(shù)的應(yīng)用［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究， 2008， 29（4）：8-13.

［3］吳斌， 趙榮升， 李敬忠.金隆永久不銹鋼工藝電解生產(chǎn)實(shí)踐［J］.銅業(yè)工程， 2012（4）：5-9.

［4］GB 21248-2014， 銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額［S］.

［5］朱祖澤， 賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社， 2003.

［6］周松林.高強(qiáng)化銅電解精煉新工藝與生產(chǎn)實(shí)踐［J］.有色金屬（冶煉部分）， 2013（2）：1-3.

［7］吳繼烈， Andreas Filzwieser.高電流密度銅電解技術(shù)的理論及實(shí)踐［J］.有色金屬（冶煉部分）， 2014（2）：8-13.

Comparison of Schemes on Relocation and Expansion for the Electrolytic Shop of a Copper Smelter

CHEN Chi
（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang 330031， Jiangxi， China）

Due to the pressure of environmental protection and development of enterprise， a copper factory needs to complete the relocation and expansion in the next few years.The present situation of the electrolysis plant and the background of electrolysis industry are introduced.The technology of the three schemes are compared.The investment and operating costs of the three schemes are estimated.The results show that the technology of large plate stainless steel cathode electrolysis with both sides parallel flow is advanced，the investment and operation cost is low.It is a recommended plan for the relocation and expansion project.And also， the scheme conforms to China's copper industry policy， which is innovation driven， energy saving and environmental.

electrolysis plant；both sides parallel flow；stainless steel cathode electrolysis；relocation and expansion；comparison of schemes；industrial policy

TF08

A

1009-3842（2015）06-0022-04

2015-08-03

陳遲（1984-），男，安徽安慶人，工程師，主要從事銅冶煉的設(shè)計(jì)和研究。E-mail： chenchi@nerin.com