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摘要：本文通过分析硫化鎳隔膜电解小型设备存在的问题，提出改进措施。
关键词：金川集团 硫化镍隔膜电解 改进措施
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-428-01
金川集团股份有限公司是集采、选、冶、化配套的大型有色冶金、化工联合企业，生产镍、铜、钴、稀有贵金属和硫酸、烧碱等化工产品及有色金属深加工产品，镍和铂族金属产量占中国的90%以上，是中国最大的镍钴生产基地，被誉为中国的“镍都”。公司已形成年产镍15万吨、铜60万吨、钴1万吨、铂族金属3500公斤、金8吨、银220吨、硒70吨、羰基镍10000吨、羰基铁粉5000吨、海绵钛15000吨及300万吨无机化工产品的综合生产能力。其中，镍的生产工艺均为硫化镍隔膜电解。
1 硫化镍隔膜电解的生产现状
金川集团股份有限公司自1964年生产出第一批电解镍以来，通过多年的技术攻关，镍电解精炼技术经历了一个从步履缓慢到突飞猛进，从技术水平较低到具有先进水平的现代化企业的艰难历程，电解镍产量于1983年首次突破1万吨大关，经过“十五”、“十一五”期间的快速发展，电解镍产量达到了15万吨，成为世界上较大规模的电解镍生产厂家之一，反映了当今世界镍产品生产集中度的发展趋势，规模经济优势更加突出；同时带动了钴、贵金属等产品的产量、回收率及资源综合利用率的不断提高，发挥了硫化镍隔膜电解精炼生产线在镍、铜、钴及贵金属精炼生产中的协同效应。
公司镍冶炼厂为电解镍产品的最终生产单位，所有电解镍的生产工艺均为硫化镍隔膜电解，电解镍的化学成分均符合国家标准，但在实际生产过程中存在电解镍生产用种板槽槽电压的监测、钛种板、导电棒、隔膜架等存在设备设施装备水平落后、电耗高、生产运行成本高等诸多问题。为此，在新建6万吨/年电解镍扩能改造项目中对硫化镍隔膜电解生产的小型设备加以创新和改进，以解决电解镍生产中存在的问题。
2 硫化镍隔膜电解生产小型设备存在的问题
虽然公司经过多年的技术攻关，电解镍的生产已有了突飞猛进的发展，但发展壮大的过程也伴随着各种问题，为实现公司建设跨国经营矿业集团的战略目标，需认清并解决影响电解镍生产小型设备存在的问题。
2.1 种板槽槽电压无法监测
种板槽是生产电解镍始极片的重要设施，其槽电压是否稳定，直接关系着整张始极片厚度的均匀程度、始极片的质量、加工难易程度和电能消耗，继而影响电解镍的产量、质量和生产成本。公司镍电解一、二、三车间种板槽的槽电压均采用万用表进行人工测量，无法用精密仪器进行监测，存在因人而异、测量误差大、精确度低等缺点，同时经常因发现不及时而影响处理速度，致使生产出的始极片质量不达标、直流电耗过高，影响电解镍质量、增加电解镍和始极片的生产成本。
2.2 传统钛种板缺陷多
公司镍电解一、二、三车间用于硫化镍隔膜电解生产的始极片是通过人工采用工器具从钛种板上剥离后，采用专用始极片加工机组加工后作为阴极进行电解镍的生产。钛种板是将每张1050×920×3mm的钛板上部用10个铆钉固定2个铜耳，再穿φ36×1350mm的紫铜管导电棒下入电解槽中进行始极片的生产（如下图1），这种种板生产工序各项性能指标虽能满足现有生产需要，电解镍化学成分均符合国家标准，但在实际生产过程中这种传统的钛种板存在钛种板与铜耳的铆钉连接处以及铜耳与导电棒的连接处容易形成电阻、铆钉连接处易产生结晶、铆接接触点质量不稳定等诸多问题，导致种板槽电压不稳定、直流电耗高、始极片成张率低等缺陷，致使生产运行成本和材料费用增加。
2.3 现用纯铜管导电棒缺点多
公司镍电解一、二、三车间生产使用的阴、阳极导电棒分别为φ36mm×1350mm、φ57×1350mm，壁厚均为3.5mm的纯铜管导电棒，具有高导电性，为电解镍生产过程中槽电压等工艺技术条件的控制和产品质量的稳定提供了保障。但因电解厂房内酸雾较大且导电棒（铜管）两端未封堵，在实际生产过程中产生导电棒（铜管）内、外表面腐蚀、硫酸镍结晶、氧化等现象，导致导电棒弯曲、变形、铜材损耗大，对导电棒导电性能、电解槽槽电压、工艺技术条件的稳定控制、生产运行成本、材料消耗及生产效率等产生了很大影响，同时因导电棒管径大、重量重，增加了岗位操作人员的劳动强度。
2.4 玻璃钢隔膜架性能不稳定
硫化镍隔膜电解采用的隔膜架为一次挤压成型单片玻璃钢隔膜架及相应隔套组装而成。玻璃钢隔膜架的应用，有效解决了电解镍生产中的铁污染问题，但一次挤压成型的玻璃钢隔膜架存在挤压密度不均匀、不致密等现象，承重的支撑腿部位单独加工后，再在架片下部打孔进行粘接、固化，存在结合部位发脆、易断裂等现象，同时存在表面玻璃丝布起丝爆起、粉化现象，部分隔膜架出现断裂塌陷，使用寿命短（平均约一年）等缺陷，导致电解槽阴、阳极液位差无法满足工艺技术条件要求，对电解镍的产品质量造成了很大的影响。
3 改进措施
3.1 采用CellSense TM监测系统监测种板槽槽电压
采用CellSense TM监测系统替代万用表监测槽电压，使岗位人员24小时在线检测槽电压，同时尽早的发现因短路、堵塞、汇流排冲或其它方面的问题导致的槽电压偏离，并追踪出现故障的时间，以尽快改善电流效率，减小对电解镍质量的影响。CELLSENSE系统是由汇流排供电的CellSense传感器，为无线监测系统，不需要外部供电，安装简便，同时种板槽槽电压的取样时间仅为10秒，使岗位人员在第一时间掌握种板槽槽电压是否在正常范围内，同时可采用办公软件进行数据的访问和分析，将槽电压对种板槽生产的影响降至最低。
3.2 采用钛包铜导电棒钛种板
将钛种板的导电棒采用1300×20×35mm的铜条外包3mm的钛板，钛种板的上部直接焊接到外包3mm的钛板上，使导电棒与钛种板成一体，为保证钛包铜钛种板的导电性，在钛包铜导电棒的下部两头外露90mm长的铜条（如下图2所示）。
采用钛包铜导电棒钛种板后，杜绝了传统铆接方式造成的种板接触不良现象，解决了生产中始极片成张率低、不易剥离、薄厚不均、电耗高等问题，使始极片的成张率提高4%以上，达到96%，同时种板槽的槽电压降低0.15V，减少电能消耗。经批量应用于生产后，钛包铜导电棒钛种板板面与导电棒之间的焊缝未出现断裂现象，优化了生产操作，减轻了职工劳动强度，提高了劳动生产率。
3.3 采用新型铜包钢导电棒
利用铜的高导电性和25#钢良好的机械性能，分别将φ32×4mm、φ38×4mm的普通钢管经表面处理后，将两端端头用φ24×3mm、φ35×3mm的钢板封堵，在其外表面和两端端头分别包覆厚度2.5mm、2mm的铜层，形成总外径为φ37mm和φ42mm、总长度为1300mm的阴、阳极新型铜包钢导电棒（如下图3、4所示），其中钢管与两头封堵的钢板采用焊接、钢管和铜层间采用过盈配合的方式连接，以解决纯铜管导电棒单耗高、内外表面腐蚀及变形等问题，稳定了镍电解过程中导电棒过电位和槽电压。
采用铜包钢导电棒后，稳定了槽电压和隔膜袋内温度，同时抗腐蚀、抗氧化、具有良好的强（刚）度、重量较轻、降低了生产运行成本及材料消耗。
3.4 采用整体注塑玻璃钢隔膜架
针对隔膜镍电解工艺和生产使用要求，选用环氧甲基丙烯酸型乙烯基酯树脂或MFE-3乙烯基酯树脂整体注塑玻璃钢隔膜架个团状模塑成型玻璃钢隔套，因整体注塑玻璃钢隔膜架采用特制模具制成，按纤维力学性能，将其均匀、连续的充填至模具腔内，经过树脂浇注并加温、固化至整体成型后脱模的连续生产工艺，具有良好的抗腐蚀和双向强度，使得整体注塑玻璃钢隔膜架使用寿命较长（平均约两年）、生产运行效果良好，避免了因隔膜架塌陷断裂，造成电解槽内阴、阳极液位差无法满足工艺技术条件要求。。
4 结论
通过对种板槽槽电压的监测、钛种板、导电棒及玻璃钢膈膜架的改进，硫化镍隔膜电解各项技术指标均已得到优化，生产运行成本得以明显降低。
参考文献
1 王辉.电解精炼工.长沙：中南大学出版社，2006年.426-439 494-497
关键词：金川集团 硫化镍隔膜电解 改进措施
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-428-01
金川集团股份有限公司是集采、选、冶、化配套的大型有色冶金、化工联合企业，生产镍、铜、钴、稀有贵金属和硫酸、烧碱等化工产品及有色金属深加工产品，镍和铂族金属产量占中国的90%以上，是中国最大的镍钴生产基地，被誉为中国的“镍都”。公司已形成年产镍15万吨、铜60万吨、钴1万吨、铂族金属3500公斤、金8吨、银220吨、硒70吨、羰基镍10000吨、羰基铁粉5000吨、海绵钛15000吨及300万吨无机化工产品的综合生产能力。其中，镍的生产工艺均为硫化镍隔膜电解。
1 硫化镍隔膜电解的生产现状
金川集团股份有限公司自1964年生产出第一批电解镍以来，通过多年的技术攻关，镍电解精炼技术经历了一个从步履缓慢到突飞猛进，从技术水平较低到具有先进水平的现代化企业的艰难历程，电解镍产量于1983年首次突破1万吨大关，经过“十五”、“十一五”期间的快速发展，电解镍产量达到了15万吨，成为世界上较大规模的电解镍生产厂家之一，反映了当今世界镍产品生产集中度的发展趋势，规模经济优势更加突出；同时带动了钴、贵金属等产品的产量、回收率及资源综合利用率的不断提高，发挥了硫化镍隔膜电解精炼生产线在镍、铜、钴及贵金属精炼生产中的协同效应。
公司镍冶炼厂为电解镍产品的最终生产单位，所有电解镍的生产工艺均为硫化镍隔膜电解，电解镍的化学成分均符合国家标准，但在实际生产过程中存在电解镍生产用种板槽槽电压的监测、钛种板、导电棒、隔膜架等存在设备设施装备水平落后、电耗高、生产运行成本高等诸多问题。为此，在新建6万吨/年电解镍扩能改造项目中对硫化镍隔膜电解生产的小型设备加以创新和改进，以解决电解镍生产中存在的问题。
2 硫化镍隔膜电解生产小型设备存在的问题
虽然公司经过多年的技术攻关，电解镍的生产已有了突飞猛进的发展，但发展壮大的过程也伴随着各种问题，为实现公司建设跨国经营矿业集团的战略目标，需认清并解决影响电解镍生产小型设备存在的问题。
2.1 种板槽槽电压无法监测
种板槽是生产电解镍始极片的重要设施，其槽电压是否稳定，直接关系着整张始极片厚度的均匀程度、始极片的质量、加工难易程度和电能消耗，继而影响电解镍的产量、质量和生产成本。公司镍电解一、二、三车间种板槽的槽电压均采用万用表进行人工测量，无法用精密仪器进行监测，存在因人而异、测量误差大、精确度低等缺点，同时经常因发现不及时而影响处理速度，致使生产出的始极片质量不达标、直流电耗过高，影响电解镍质量、增加电解镍和始极片的生产成本。
2.2 传统钛种板缺陷多
公司镍电解一、二、三车间用于硫化镍隔膜电解生产的始极片是通过人工采用工器具从钛种板上剥离后，采用专用始极片加工机组加工后作为阴极进行电解镍的生产。钛种板是将每张1050×920×3mm的钛板上部用10个铆钉固定2个铜耳，再穿φ36×1350mm的紫铜管导电棒下入电解槽中进行始极片的生产（如下图1），这种种板生产工序各项性能指标虽能满足现有生产需要，电解镍化学成分均符合国家标准，但在实际生产过程中这种传统的钛种板存在钛种板与铜耳的铆钉连接处以及铜耳与导电棒的连接处容易形成电阻、铆钉连接处易产生结晶、铆接接触点质量不稳定等诸多问题，导致种板槽电压不稳定、直流电耗高、始极片成张率低等缺陷，致使生产运行成本和材料费用增加。
2.3 现用纯铜管导电棒缺点多
公司镍电解一、二、三车间生产使用的阴、阳极导电棒分别为φ36mm×1350mm、φ57×1350mm，壁厚均为3.5mm的纯铜管导电棒，具有高导电性，为电解镍生产过程中槽电压等工艺技术条件的控制和产品质量的稳定提供了保障。但因电解厂房内酸雾较大且导电棒（铜管）两端未封堵，在实际生产过程中产生导电棒（铜管）内、外表面腐蚀、硫酸镍结晶、氧化等现象，导致导电棒弯曲、变形、铜材损耗大，对导电棒导电性能、电解槽槽电压、工艺技术条件的稳定控制、生产运行成本、材料消耗及生产效率等产生了很大影响，同时因导电棒管径大、重量重，增加了岗位操作人员的劳动强度。
2.4 玻璃钢隔膜架性能不稳定
硫化镍隔膜电解采用的隔膜架为一次挤压成型单片玻璃钢隔膜架及相应隔套组装而成。玻璃钢隔膜架的应用，有效解决了电解镍生产中的铁污染问题，但一次挤压成型的玻璃钢隔膜架存在挤压密度不均匀、不致密等现象，承重的支撑腿部位单独加工后，再在架片下部打孔进行粘接、固化，存在结合部位发脆、易断裂等现象，同时存在表面玻璃丝布起丝爆起、粉化现象，部分隔膜架出现断裂塌陷，使用寿命短（平均约一年）等缺陷，导致电解槽阴、阳极液位差无法满足工艺技术条件要求，对电解镍的产品质量造成了很大的影响。
3 改进措施
3.1 采用CellSense TM监测系统监测种板槽槽电压
采用CellSense TM监测系统替代万用表监测槽电压，使岗位人员24小时在线检测槽电压，同时尽早的发现因短路、堵塞、汇流排冲或其它方面的问题导致的槽电压偏离，并追踪出现故障的时间，以尽快改善电流效率，减小对电解镍质量的影响。CELLSENSE系统是由汇流排供电的CellSense传感器，为无线监测系统，不需要外部供电，安装简便，同时种板槽槽电压的取样时间仅为10秒，使岗位人员在第一时间掌握种板槽槽电压是否在正常范围内，同时可采用办公软件进行数据的访问和分析，将槽电压对种板槽生产的影响降至最低。
3.2 采用钛包铜导电棒钛种板
将钛种板的导电棒采用1300×20×35mm的铜条外包3mm的钛板，钛种板的上部直接焊接到外包3mm的钛板上，使导电棒与钛种板成一体，为保证钛包铜钛种板的导电性，在钛包铜导电棒的下部两头外露90mm长的铜条（如下图2所示）。
采用钛包铜导电棒钛种板后，杜绝了传统铆接方式造成的种板接触不良现象，解决了生产中始极片成张率低、不易剥离、薄厚不均、电耗高等问题，使始极片的成张率提高4%以上，达到96%，同时种板槽的槽电压降低0.15V，减少电能消耗。经批量应用于生产后，钛包铜导电棒钛种板板面与导电棒之间的焊缝未出现断裂现象，优化了生产操作，减轻了职工劳动强度，提高了劳动生产率。
3.3 采用新型铜包钢导电棒
利用铜的高导电性和25#钢良好的机械性能，分别将φ32×4mm、φ38×4mm的普通钢管经表面处理后，将两端端头用φ24×3mm、φ35×3mm的钢板封堵，在其外表面和两端端头分别包覆厚度2.5mm、2mm的铜层，形成总外径为φ37mm和φ42mm、总长度为1300mm的阴、阳极新型铜包钢导电棒（如下图3、4所示），其中钢管与两头封堵的钢板采用焊接、钢管和铜层间采用过盈配合的方式连接，以解决纯铜管导电棒单耗高、内外表面腐蚀及变形等问题，稳定了镍电解过程中导电棒过电位和槽电压。
采用铜包钢导电棒后，稳定了槽电压和隔膜袋内温度，同时抗腐蚀、抗氧化、具有良好的强（刚）度、重量较轻、降低了生产运行成本及材料消耗。
3.4 采用整体注塑玻璃钢隔膜架
针对隔膜镍电解工艺和生产使用要求，选用环氧甲基丙烯酸型乙烯基酯树脂或MFE-3乙烯基酯树脂整体注塑玻璃钢隔膜架个团状模塑成型玻璃钢隔套，因整体注塑玻璃钢隔膜架采用特制模具制成，按纤维力学性能，将其均匀、连续的充填至模具腔内，经过树脂浇注并加温、固化至整体成型后脱模的连续生产工艺，具有良好的抗腐蚀和双向强度，使得整体注塑玻璃钢隔膜架使用寿命较长（平均约两年）、生产运行效果良好，避免了因隔膜架塌陷断裂，造成电解槽内阴、阳极液位差无法满足工艺技术条件要求。。
4 结论
通过对种板槽槽电压的监测、钛种板、导电棒及玻璃钢膈膜架的改进，硫化镍隔膜电解各项技术指标均已得到优化，生产运行成本得以明显降低。
参考文献
1 王辉.电解精炼工.长沙：中南大学出版社，2006年.426-439 494-497