【正文】 idd法不銹鋼陰極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖 23所示。 圖 23 Kidd 法不銹鋼陰極 [11] 該陰極板也由母板、導(dǎo)電棒和絕緣邊撒把部分組成。母板材料為 316L 不銹鋼板，厚度為 ，表面光潔度為 2B，導(dǎo) 電棒為純銅棒，與不銹鋼陰極之間用雙面連續(xù)焊接，導(dǎo)電性比 ISA 法更好。 Kidd 法不銹鋼陰極的底邊開有 90176。 的V形槽，入槽前底邊不蘸蠟。所以 Kidd法工藝剝離下的兩塊銅底邊呈 W形相連，目的是捆扎時(shí)可以壓緊。 兩種工藝開發(fā)背景都是為了尋求平直的、垂直度好的陰極，從而消除因?yàn)槭紭O片彎曲不平給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的影響。雖然對始極片進(jìn)行壓紋處理也能在一定程度上提高陰極平直度和垂直度，但效果都不太理想。最終用不銹鋼陰極，成功代替了傳統(tǒng)工藝使用的銅始極片。雖然兩種永久陰極電解技術(shù)有所不同，但由于共同的有點(diǎn)使得它們在世界上的銅電解 精煉廠和浸出 萃取 電積工廠中得到了迅速的推廣。 19952022年 ISA 電解技術(shù)進(jìn)展 ISA法銅電解新工藝自其投入工業(yè)化大生產(chǎn)開始，工藝本身的不斷完善進(jìn)步和圍繞用戶的需求、降低生產(chǎn)成本的腳步從未停止過。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 文獻(xiàn)綜述 16 1） ISA2022的開發(fā)應(yīng)用 ISA 工藝為達(dá)到一塊陰極上的兩塊銅分離的目的，開始用的是底邊涂蠟技術(shù)；但涂蠟技術(shù)較難掌握，蠟很容易黏附到陰極銅邊緣、進(jìn)入電解液循環(huán)系統(tǒng)從而使得廠房很臟，因此在 1999年，澳大利亞的 Townsville的 CRL工廠通過改進(jìn)陰極底邊開 V形槽和在剝片機(jī)組增設(shè)兩塊相連的銅從底部 拉開的功能，使得陰極銅仍是單塊。這一方法被命名為 ISA2022[11,16,24]。 ISA2022最先于 2022年 1月由美國 Phelps Dodge公司位于 Morenci的 Stargo銅電積工廠成功應(yīng)用， 2022年 12月日本的日立工廠（ Hitachi RefineryNippon Miningamp。Metals .） 第一個(gè)將 ISA2022 用于銅電解精煉；江銅貴溪冶煉廠比日立工廠晚投產(chǎn)一個(gè)半月，應(yīng)用的也是 ISA2022 工藝。印度 Stertlite 工業(yè)有限公司現(xiàn)有 18萬 t 的生產(chǎn)能力， 2022年采用了 ISA法涂蠟工藝。 ISA2022的技術(shù)核心是：陰極板底邊采用 V形槽結(jié)構(gòu)，使得在陰極板底部的沉積銅形成電積弱區(qū)，便于陰極板兩側(cè)的銅分開 [11]。 2） 不銹鋼陰極的改進(jìn) (1)超達(dá)公司 AB 型陰極板 日本東予冶煉廠第二電解車間和我國貴溪冶煉廠及日金礦日立工廠引進(jìn)的是無蠟 ISA工藝，于 2022年 5月 18日開始 30槽的通電試生產(chǎn)， 2022 年 5月 26日產(chǎn)出第一批陰極銅。它采用了切除不銹鋼陰極的下端兩拐角的方式（通稱 AB方式）的超達(dá)公司 AB 型陰極板， AB型陰極是世界上首次引進(jìn)使用的新技術(shù)，具有如下特點(diǎn)： ① 由于下端兩直角部被切除，正反兩面的電銅從端部拉裂，易于分離，陰極板在底角上有一小倒角作為其實(shí)的剝離點(diǎn)，將因?yàn)檎髌鞯耐ｋ娦纬傻年帢O銅分層對影響剝離性能的影響降到最低。 ② 由于輸送機(jī)直接與陰極板的下邊接觸，無須底邊端蓋。 ③ 取消壓邊條的底部插銷，不會產(chǎn)生底部插頭結(jié)瘤后插銷失效。 ④ 由于不沖擊絕緣邊，故絕緣變得損傷也小。 (2)超達(dá)公司 BRTM型板 將導(dǎo)電棒鍍銅層延伸到陰極板起吊窗口底部，陰極板電阻減少 了 40%~50%（相當(dāng)于整個(gè)節(jié)約了 2%~3%的電能），是目前市場電阻最低的陰極板。 (3)奧托昆普板 絕緣邊采用了機(jī)械注塑方式，希望延長使用壽命；導(dǎo)電棒不需鍍銅，用不銹鋼包住銅棒，導(dǎo)電棒與板面一體。 3）陰極絕緣邊的改進(jìn) 陰極板絕緣邊在使用初期一般都沒有問題，但隨著時(shí)間的推移，理化性能開中南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 文獻(xiàn)綜述 17 始惡化并變脆。劇院便與陰極板之間的密封逐漸失效，銅開始在縫隙內(nèi)長大，剝離時(shí)絕緣邊的側(cè)緣就會從絕緣邊的主體上剝裂開來。因此，絕緣邊壽命只有半年到一年半。自 ISA技術(shù)問世以來，為提高陰極絕緣邊壽命的努力就從未間斷過。使用過的絕緣 邊材料包括有 cPVC、 aPVC、 PP、 mPPO和 ABS等。 4）增加單塊 ISA陰極銅的重量 (1)2022年 ，澳大利亞 Olympic Dam銅精煉廠根據(jù)客戶的要求開始對增加陰極銅單重進(jìn)行了工藝調(diào)整，先是采用提高陽極重量和電流密度的方式提高陰極銅的重量，然而客戶仍不滿意； 2022 年 6 月采取了改變陰極銅周期的方式，由原來一個(gè)陽極周期對應(yīng)三個(gè)陰極周期改為對應(yīng)兩個(gè)周期，電流密度由 305A/m2提高到 315 A/m2。陰極銅單重由 55kg增加到 75kg。這樣既滿足了客戶的要求，又獲得了很好的作業(yè)效率，作業(yè)率為 %，殘極率為 14%~15%；減少了設(shè)備的負(fù)荷和維修量。 (2)日本的日立公司目前的電流密度是 270 A/m2，陰極周期 10d，陰極銅單重 73kg，他們準(zhǔn)備在 2022年將電流密度由現(xiàn)在的 270 A/m2提高到 310 A/m2，為保證陰極銅的質(zhì)量，陰極周期有 10天縮短到 9天，生產(chǎn)能力將從 18 萬 t/a提高到 21萬 t/a。 ISA法與傳統(tǒng)工藝的比較 ISA 法和 Kidd 法兩種工藝雖然在不銹鋼陰極的結(jié)構(gòu)上有所不同，工藝指標(biāo)方面有差別（如表 26所示）。 與傳統(tǒng)工藝相比它們有相同的優(yōu)點(diǎn) [11,16,25]： (1)電流密度 大 、極距小 由于不銹鋼陰極表面光潔、平直、懸垂度好，不易造成短路，故可以采用較小的極間距和較高的電流密度。傳統(tǒng)的大極板法的電流密度一般在 220~270 A/m2，同極距為 100~120mm；而目前 ISA法工廠的電流密度一般在 300~330 A/m2，同極距為 90~100mm。 Kidd 法工廠的電流密度一般在 240~295 A/m2，同極距為84~105mm(Kidd Creek 廠的陽極厚度 ，同極距 84mm，陰陽極同周期 )。與傳統(tǒng)大極板法相比，在相同規(guī)格的電解槽中 ISA法陰極裝入片數(shù)可增加 10%，在相同的電流密度下使得電解槽的生產(chǎn)能力提高了 10%。 (2)陰極周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高 永久陰極法一般采用較短的陰極周期，特別是 ISA 法，陰極周期多為 6~8天，是陽極周期的 1/3。短周期使電解過程中電極短路和長粒子的情況大為改善，有利于提高陰極銅的質(zhì)量。而傳統(tǒng)電解法的陰極周期多為 10~14天。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，傳統(tǒng)電解法 8天后的陰極周期后半期，陰極銅表面長粒子的情況加劇，雜質(zhì)含量也相應(yīng)的增加。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 文獻(xiàn)綜述 18 始極片做陰極所生產(chǎn)的陰極銅，因有兩個(gè)吊耳，在陰極洗滌過程中往往不易將吊耳鉚接處清洗干凈，造成陰極銅表面含有硫酸和硫酸銅，存放一定的 時(shí)間后表面變黑，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。永久陰極法生產(chǎn)的陰極銅無吊耳，易清洗干凈，產(chǎn)品物理規(guī)格良好。 (3)殘極率低 由于不銹鋼陰極平直，電力線分布均勻，不易短路，所以陽極溶解比較均勻，不會在電解后期形成大洞或斷裂掉入槽內(nèi)， ISA 法殘極率可以降低到 12%~16%，減少了殘極處理費(fèi)用。 (4)蒸汽消耗量低 傳統(tǒng)電解法每噸陰極銅的平均蒸汽消耗量在 左右，永久陰極法平均蒸汽消耗量在 ，這主要是由于電流密度高，產(chǎn)生的焦耳熱多；另外槽面覆蓋好，電解槽數(shù)量也減少了熱量損失。 (5)流程簡單、自動(dòng)化程度高、操 作人員少 由于永久陰極不銹鋼可以重復(fù)使用，生產(chǎn)流程中省去了種板電解槽系統(tǒng)（包括種板電解槽、直流電源、電解液循環(huán)、種板剝離等）及始極片加工制作系統(tǒng)（包括剪切設(shè)備、始極片裝配設(shè)備、導(dǎo)電棒儲運(yùn)設(shè)備等），流程簡化、生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少，既便于生產(chǎn)管理，同時(shí)又使大幅度減少生產(chǎn)人員成為可能。據(jù)一些工廠統(tǒng)計(jì)，由 表 26 永久陰極法和傳統(tǒng)大板陰極法技術(shù)指標(biāo)對比表 [11] 永久陰極法 傳統(tǒng)大極板法 技 術(shù)指標(biāo) Norddeutsche Affinerie AG 格魯波冶煉廠 國內(nèi)某廠 精煉廠（ ISA 法） （ Kidd 法） 生產(chǎn)能力 /(萬 t/a) 15 陽極板尺寸 /mm 90595054 940957 96010002 陰極板尺寸 /mm 975955 10701180 10001020 同極中心距 /mm 95 105 105 電流密度 /(A/m2) 330 295 240 電解槽尺寸 /mm 560111501435 524611681460 566011701400 每槽陽極數(shù) /塊 57 58 50 中南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 文獻(xiàn)綜述 19 續(xù)表 永久陰極法 傳統(tǒng)大極板法 技術(shù)指標(biāo) Norddeutsche Affinerie AG 格魯波冶煉廠 國內(nèi)某廠 精煉廠（ ISA 法） （ Kidd 法） 每槽陰極數(shù) /塊 56 57 51 陽極周期 /d 22 20 24 陰極周期 /d 6~8 10 12 殘極率 /% 12 15 20 槽電壓 /V 電流效率 /% 97~98 99 96 蒸汽單耗 /[tt1銅 ] 直流電單耗 /[kwht1銅 ] 290~300 362 260 總交流電耗 /[kwht1銅 ] 320~340 210 于減少了工作崗位、槽面檢查工作量下降以及設(shè)備維修減少，與傳統(tǒng)電解法相比生產(chǎn)人員可減少 1/3。 (6)金屬積壓量少、流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)快 較高的電流密度以及陰極周期縮短，減少了銅在加工過程中的積壓量 ，壓縮了流動(dòng)資金占用量，此外也縮短了銅的積壓時(shí)間，加快了資金周轉(zhuǎn)速度。 與傳統(tǒng)工藝相比，在總投資方面，永久陰極由于使用了大量的不銹鋼（占全部固定資產(chǎn)總投資的比例為 21%），因而較傳統(tǒng)法高，但永久不銹鋼陰極電解技術(shù)的一次投資費(fèi)用并不比傳統(tǒng)法高很多。有設(shè)計(jì)者對 100kt/a的新建工廠做過估算，包括引進(jìn)技術(shù)在內(nèi)的固定資產(chǎn)總投資， ISA 法只比傳統(tǒng)法高出 %。 ISA法的制造費(fèi)用要比傳統(tǒng)法節(jié)省 %[合計(jì) 元人民幣 /(t178。 電銅 )]； ISA 法的稅后回收期比傳統(tǒng)法少 。 正是由于 ISA 法銅電解工藝的不 斷進(jìn)步以及它與傳統(tǒng)工藝先比有明顯的優(yōu)勢，其在全世界的市場占有率迅速增長， ISA 法銅電解工藝成了世界各新上銅電解項(xiàng)目的首選。 表 27列出了 ISA法在世界上主要銅電解廠的應(yīng)用情況。 ISA電解技術(shù)在我國也有著很廣泛的應(yīng)用。這是因?yàn)?我 國和澳大利亞有色冶金工業(yè)具有許多共性，包括大多數(shù)有色礦藏位于交通不便之處。采用先進(jìn)技術(shù)，提高生產(chǎn)力，降低生產(chǎn)成本是進(jìn)一步發(fā)展兩國有色資源的關(guān)鍵 [23]。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)