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中国瑞林:助力我国铜电解技术转型升级

来源:中国有色金属报 日期:2020年12月08日 11:18 人气:

近日,以中国瑞林工程技术股份有限企业(以下简称“中国瑞林”)为主完成的“双向平行流高电流密度铜电解工艺和专用装置研发及应用”和“智能铜电解专用吊车吊具系统关键技术研发及应用”两个项目,双双获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖。

技术创新乃国之重器,也是目前我国工业转型的关键所在。在我国有色金属工业发展中,不乏有在科技创新的道路上孜孜以求的先行者,中国瑞林就是其中的代表。掌握具有自主常识产权的创新技术始终是中国瑞林增强核心竞争力的不懈追求。在中铝东南铜业宁德40万吨铜冶炼基地项目中,中国瑞林总结多个项目成功的工程设计经验,采用了双旋浮铜冶炼、非衡态高浓度制酸等拥有自主常识产权的世界先进技术和装备,特别是自主研发的“双向平行流高电流密度铜电解”新工艺在中铝东南铜业首次实现了大规模的工业化应用,各项指标均达到国际领先水平。

同时,以瑞林智造为支撑,为工艺量体裁衣自主制造了国产化的相应设备,形成了工艺技术与设备交相辉映、相得益彰的良好格局,推进了我国的铜工业向科技型工业的强势转化升级,在我国铜电解历史上,再一次竖起了属于瑞林人的技术丰碑,令世界瞩目。

孜孜以求

以科技引领铜工业强势升级

在铜电解行业中,采用高电流密度,意味着更高的单位面积产能和更高的生产效率,在合理范围内追求高电流密度已成为铜电解工艺发展的趋势,但是常规不锈钢阴极电解技术电流密度一般为280~320A/m2,如果进一步提高电流密度,往往会出现浓差极化和阳极钝化等现象,导致阴极铜质量难以达标,能耗飙升。要突破这个技术瓶颈,必须在铜电解工艺技术上进行大的变革,改变传统电解槽内的电解液流场,增加电解液与阴极的接触机会。

瑞林人在近20年的时间里孜孜以求,其技术雏形“双向平行流循环”于上世纪90年代初首先在沈新10万吨铜电解项目中应用。由于受当时材料和装备技术的制约,虽然电流密度和阴极铜质量比常规铜电解有所提升,但未能实现高电流密度的生产。2012年,中国瑞林借助国家铜冶炼和加工工程技术中心平台,与江西理工大学、杭州三耐环保科技股份有限企业、江西铜业企业贵溪铜冶炼厂、瑞林装备企业等单位合作,进行联合攻关。通过基础理论和计算机仿真研究、水力模拟实验以及在贵溪冶炼厂铜电解生产系统进行的工业化试验等过程,反复调整工艺参数、优化装备结构,终于攻克了一道道技术难关,最终创立了铜电解双向平行流循环方式及最佳流场技术,研究出双向平行流技术和功能一体化精准集成的专用电解槽,开发了高精度自动化起吊设备和出装槽控制系统,再通过集成平衡导电、高位槽直接供液等技术,形成了先进的双向平行流高电流密度铜电解生产工艺和成套装备。

二十年磨砺

孔雀东南飞开屏舞蹁跹

2016年1月,中国瑞林在中铝东南铜业宁德40万吨铜冶炼基地项目中,提出了采用“双向平行流高电流密度电解工艺”建设特大型电解工程的总体解决方案,通过准确、详实的对比论证,尽显“双向平行流高电流密度电解工艺”投资成本低、生产运营费用低的优势,获得了业主及业界有关专家的高度认可。

中铝东南铜业是世界上第一个实施“双向平行流高电流密度电解”工艺的特大型电解项目,中国瑞林作为电解项目EPC承包人责任重大。新工艺的先进性勿容置疑,但首次大规模产业化实施面临很多的挑战。如,在双向平行流技术极板定位精度要求很高的情况下如何提高出装槽效率?在大循环量的条件下如何降低循环系统的能耗?电解系统采用大跨度且双跨配置时,怎样解决一千多个电解槽溶液量和压力的均衡分配?针对这些问题,中国瑞林在设计和项目实施过程中进行了反复研讨和优化,制定了稳妥的解决方案。项目还充分利用先进的三维设计手段,对电解车间的管道布置进行设计和优化,大大减少了施工期间的设计变更,节约了工程造价和工期。

从2017年2月打桩施工开始,到建成产出合格高纯阴极铜,仅仅用了18个月的时间,项目团队与业主携手创造了大型铜冶炼厂设计投产的加速度。项目投产后,充分显示了“双向平行流高电流密度电解”工艺的优质高效,在电流密度高达360A/m2的条件下,稳定地产出符合LME A级标准的阴极铜,而且阴极铜含银低至3~5ppm,大幅度提高了银的回收率。在同等电流密度的情况下,吨铜综合电耗低于常规电解工艺,与常规工艺相比可节约投资20%以上,运行费用降低近10%,主要工艺指标达到国际领先水平。

瑞林智造

为装备量体裁衣与工艺相得益彰

如果说技术是工艺的灵魂,那么装备则是实现工艺目标的躯体。为了实现“双向平行流高电流密度电解”工艺的创新目标,中国瑞林的装备企业研发了一系列智能电解装备:机器人自动剥片机组、阳极整形机组、残极洗涤机组、电解高精度专用行车、阳极机组斜提升运输线等。一台台以往都需要依靠进口的大型电解设备,在东南铜业项目中全面实现了国产化。

机器人自动剥片机组作为铜电解设备中集受板、洗涤、剥离、堆垛、称重、打包等功能于一体的全自动流水线,机械构造复杂,自动化程度高,是铜电解装备中技术含量最高的设备之一。此次瑞林装备企业供货的两套机器人自动剥片机组首次实现全面国产化并一次性联调成功,机组实际运行速度可达到500片/小时以上,剥片效率达到了国际一流水平,且生产稳定,得到了广泛好评。

新技术从诞生到成熟,需要一代又一代瑞林人对技术心无旁骛的钻研精神,以及永无止境的提升工艺和装备水平的不懈追求。中国瑞林自主研发的“双向平行流高电流密度铜电解”工艺在中铝东南铜业项目中的成功应用,是对努力实现“成为具有自主常识产权和核心竞争力的国际化工程企业”战略目标的有力推动。中铝东南铜业项目已然成为一张“双向平行流高电流密度铜电解”工艺应用的亮丽名片,为技术的进一步推广应用起到了良好的示范效应。2019年4月,随着广西南国铜业一期30万吨铜电解项目投产,“双向平行流高电流密度电解”工艺又有了新业绩,而且南国铜业二期40万吨铜电解项目继续采用该工艺。目前“双向平行流高电流密度铜电解”工艺在中国已实现了百万吨级大规模工业化应用,成为中国乃至世界铜电解技术进步重要的里程碑。

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