永久阴极铜电解技术述评

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 永久阴极铜电解技术述评 Ξ 姚素平 (南昌有色冶金设计研究院 ,南昌 ,330002) 　　〔摘 　要〕论述了两种永久阴极铜电解技术 ( ISA 法和 KIDD 法)的区别和特点 ,并和传统大极板电解进行了详细比较 ,阐 明了永久阴极铜电解技术的先进性 ,对几种工艺的工程投资和经 济效益进行了分析 ,从而提出永久阴极铜电解技术是我国大中型 铜电解工厂的发展方向。 〔关键词〕永久阴极铜电解 　ISA 法 　KIDD 法 　传统法 　不 锈钢阴极 1 　概述 传统法铜电解精炼工艺 ,不管是大极 板长周期电解 ,还是小极板短周期电解 ,其 阴极均用厚度为 016 mm 左右的薄铜片制 成 ,又称始极片。一片始极片的使用寿命 只有一个阴极周期 ,所以传统法的工厂都 配备一定数量的种板槽和始极片加工机 械 ,生产制作始极片。 永久阴极铜电解技术是使用刚度和韧 性较好的不锈钢板做成阴极取代传统的始 极片。铜在阴极上析出 ,到了一定的厚度 用特殊的设备将其剥下作为阴极铜产品。 不锈钢阴极再返回电解槽中继续使用 ,故 称其为永久性阴极。由于阴极材料的改 变 ,其电解精炼工艺技术也发生了一系列 改变 ,形成了独特的永久阴极铜电解技术。 2 　永久阴极铜电解技术的发展 　　永久阴极铜电解技术最早由澳大利亚 芒特·艾萨公司的汤士维尔 ( Townsville) 冶 炼厂在 1978 年研制并投入生产 ,称为 ISA 法 ,随后在 1986 年加拿大鹰桥公司的奇得 克里克 ( Kidd Creek) 冶炼厂也开发了另一 种不锈钢阴极 ,称为 KIDD 法。两种工艺 开发背景都是为了寻求平直、垂悬度好的 阴极 ,从而消除始极片弯曲不平给产品质 量带来的影响 ,开始他们尝试在始极片上 采用各种压纹方式以增加阴极的平直度 , 但效果都不理想 ,经过多年的研制和摸索 , 最终都因采用不锈钢阴极而获得成功。虽 然两种永久阴极电解技术有所不同 ,但由 于他们共同的优越性 ,使得它们在世界上 的铜精炼工厂 (包括电解和电积工厂) 得到 第 21 卷 第 3 期 有　色　冶　金　设　计　与　研　究 2000 年 9 　月 Ξ 收稿日期 :1999 - 08 - 27 　　3 　本文获南昌有色冶金设计研究院庆祝建国 50 周年论文评比一等奖。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 迅速的推广。到 1998 年 ,应用 ISA 法的电 解工厂已达 18 家 ,电积工厂 28 家。应用 KIDD 法电解工厂 5 家 ,电积工厂 10 家。 使用 ISA 法电解的最大的工厂是德国的北 德精炼厂 ,电解能力达每年 37 万 t。使用 KIDD 法电解的最大的工厂是加拿大诺兰 达 CCR 精炼厂 ,能力达每年 40 万 t。到 1998 年用永久阴极电解技术产出的铜量 占世界总产量的 40 %以上。表 1、表 2 列 出了它们在电解精炼工厂的使用情况。 表 1 　应用 ISA 电解工艺的工厂 工厂名称 生产能力 ,t/ a 投产日期 汤士维尔 (澳大利亚) 270 000 1978/ 1998 怀特派恩 (美国) 75 000 1982 布利赫勒格 (奥地利) 72 000 1988 奥林匹克坝 (澳大利亚) 215 000 1988 北德精炼厂 (德国) 370 000 1989/ 1992 沃耳索尔 (英国) 49 000 1992 迈阿密 (美国) 188 000 1994 凯撒 (德国) 176 000 1994 大西洋铜业 (西班牙) 235 000 1995 波利顿矿业公司 (瑞典) 231 000 1995/ 2000 联合矿业公司 (比利时) 300 000 1996 斯特莱特工业公司 (印度) 90 000 1996 柏拉铜业 (印度) 100 000 1998 PT熔炼公司 (印尼) 200 000 1998 肯布拉港 (澳大利亚) 120 000 1999 斯威尔 (印度) 50 000 2000 泰国铜业 165 000 2000 印度铜有限公司 (印度) 70 000 2001 表 2 　应用 Kidd 电解工艺的工厂 工厂名称 生产能力 ,t/ a 投产日期 奇得克里克 (加拿大) 117 000 1986 犹他铜公司 (美国) 280 000 1994 格鲁波 (墨西哥) 300 000 1997 LG金属公司 (韩国) 160 000 1997 诺兰达 CCR精炼厂(加拿大) 400 000 1998 　　世界上有这么多的工厂采用永久阴极 电解技术 ,但是中国至今尚无一家采用 ,80 年代以来 ,中国相继建成 3 家 10 万 t 以上 规模的电解工厂 ,在设计中 ,对永久阴 极法都进行过方案论证 ,因为当时引进费 用高 ,项目投资大 ,加上该技术先进性和优 越性还没有象现在这样得到世界的公认 , 最终均采用了传统大极板法。 随着时间的推移 ,永久阴极电解技术 的引进费用有所下降 ,而且国内建设传统 法工厂的投资在上升 ,加上永久阴极电解 技术在世界上迅猛发展的形势 ,对现阶段 中国使用该技术的可行性需要重新论证 , 除了投资的因素外 ,该技术显著的优越性 和经济效益已成为不容忽视的重要条件。 3 　永久阴极铜电解技术的特点 永久阴极铜电解技术的特征是使用不 锈钢阴极取代传统的始极片 ,从而也使电 解精炼的工艺指标与传统法明显不同。 311 　不锈钢阴极板 ISA 法和 KIDD 法不锈钢阴极板材质 均为 316L ,板面光洁度均为 2B ,但两种阴 极板的包边、导电棒的结构、底部结构不一 样 ,表面粗糙度也不一样。两种不锈钢阴 极板见图 1 和图 2。 不锈钢阴极板可以反复使用 ,放入电解 槽前也不需要加隔离剂、矫直等等。它在电 解槽中受到阴极保护作用 ,不会发生腐蚀 ,经 实践证明使用寿命可达 15 年以上 ,即使有损 伤也多为机械损伤 ,小的机械损伤可以修复 , 正常情况下年损坏率 < 1 %。 312 　工艺技术指标及特点分析 由于阴极平直使得电解精炼工艺指标 比大极板长周期的传统法更好。表 3 为世 界上应用 ISA 法和 KIDD 法的两个电解工 厂与国内最大的传统法电解工厂的工艺指 标对比。 ·21· 有　色　冶　金　设　计　与　研　究 第 21 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1 　ISA 法不锈钢阴极板 图 2 　KIDD 法不锈钢阴极板 表 3 　永久阴极法与传统大极板法技术指标对比 技术指标 永久阴极法 北德精炼厂 ( ISA 法) 格鲁波冶炼厂 ( KIDD 法) 传统大极板法 中国贵溪冶炼厂 生产能力 ,万 t/ a 3710 3010 15 阳极板尺寸 ,mm 905 ×950 ×54 940 ×957 960 ×1 000 ×42 阴极板尺寸 ,mm 975 ×965 ×3125 1 070 ×1 180 ×310 1 000 ×1 020 ×016 同极中心距 ,mm 95 105 105 电流密度 ,A/ m2 330 295 225 电解槽尺寸 ,mm 5 604 ×1 160 ×1 435 6 246 ×1 168 ×1 460 5 660 ×1 170 ×1 400 每槽阳极数 ,块 57 58 50 每槽阴极数 ,块 56 57 51 阳极周期 ,d 22 20 24 阴极周期 ,d 6～8 10 12 残极率 , % 12 15 20 槽电压 ,V 0132 01315 0126 电流效率 , % 97～98 99 96 蒸气单耗 ,t/ t 铜 011 016 直流电单耗 ,kW·h/ t 铜 290～300 362 260 总交流电耗 ,kW·h/ t 铜 320～340 310 ·31·第 3 期 永久阴极铜电解技术述评 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　从表 3 可以看出 ,永久阴极法电解的 工艺技术指标与传统法相比有以下的特 点 : (1)电流密度高、极距小。 由于阴极平直 ,不容易短路 ,所以永久 阴极法可采用较小的极距和较高的电流密 度。传统大极板法的电流密度一般在 220 ～260 A/ m2 ,极距 100～120 mm ,而目前 ISA 法的工厂电流密度一般在 300～330 A/ m2 , 极距 90～100 mm ,使用 KIDD 法的工厂电 流密度一般在 240～295 A/ m2 ,极距 95～ 105 mm。当然电流密度的高低还受阳极板 杂质含量的限制 ,如在 As、Sb、Bi 等杂质很 高的情况下 ,能否使用很高的电流密度还 值得研究 ,但是在原料条件同等的情况下 , 使用永久阴极电解工艺肯定比传统法采用 的电流密度高 ,极距小。采用高电流密度 生产时 ,其工艺操作条件也需相应改变。 (2)阴极周期短。 永久阴极法一般采用较短的阴极周 期 ,特别是 ISA 法 ,阴极周期多为 6～8 天 , 是阳极周期的三分之一。短周期对阴极铜 质量有好处 ,可以减少阴极长粒子的机会。 传统法小极板的工厂因为靠人工操作 ,阴 极不能太厚、太重 ,也使用短周期 ,小极距 , 所以制作始极片的工作量相当大。传统法 大极板的工厂如使用短周期 ,不但制作始 极片的工作量大 ,极板加工机组的工作量 也将增加很多 ,所以一般采用长的阴极周 期 ,即阴极周期是阳极周期的一半。 (3)残极率低。 由于不锈钢阴极平直 ,电力线分布均 匀 ,不容易短路 ,所以阳极溶解比较均匀 , 不会在电解后期形成大洞或断裂掉入槽 内 ,残极率可以降低到 12 %～16 %。残极 率低的优点体现在残极量少 ,返回火法工 序重新熔化消耗的燃料少 ,而且残极所占 有的铜量基本上是在生产中循环周转 ,因 此 ,残极率低占用的流动资金少。 当然 ,要使残极率低 ,阳极板厚薄均匀 也是重要条件 ,所以很多使用永久阴极技 术的工厂 ,在阳极板加工整型机组上都有 阳极单块称重的功能 ,太厚和太薄的阳极 板可自动剔除。 (4)蒸气耗量低。 传统法每吨阴极铜的平均蒸气消耗量 在 016 t 左右 ,永久阴极法平均蒸汽消耗量 在 014 t 以下 ,这主要是电流密度高、槽面 覆盖好、电解槽数量少的原因。 在计算电解精炼热平衡时 ,热损失主 要为 :槽面辐射、槽面蒸发水、槽体热传导 及管道热损失 ,热收入为 :电流通过电解液 产生的热及蒸气补充热。一般情况下 ,在 热损失中 ,槽面蒸发和辐射热损占总热损 失的 40 % ,而在热收入中电流通过电解液 产生的焦耳热占 16 %～20 %。 由于永久阴极法短路少 ,不用经常掀 起槽面覆盖物检查短路 ,加上电解槽数量 少 ,所以槽面辐射热、蒸发损失少 ;采用的 电流密度高 ,电流通过电解液时产生的热 量 大。从 焦 耳 热 的 计 算 公 式 Q = 0. 239 IEtN ×10 - 3可以看出 ,如电流 I 增加 了25 % ,焦耳热 Q 也会增加 25 % ,这也是使 用永久阴极法的工厂电流密度达 300 A/ m2 后 ,在夏季电解液不用加热的主要原因。 (5)槽电压高 ,直流电耗高。 电解精炼槽的电压构成可由以下公式 计算 : V = ( Ea - Ek) + IR1 + IR2 式中 : Ea 为由阳极浓差极化引起的阳极电 位 ; Ek 为由阴极浓差极化引起的阴极电 位 ; IR1 为由电解液电阻 R1 引起的电压 降 ; IR2 为由阴、阳极与导电铜排及导电棒 等电阻 R2 引起的电压降。 其中 : R1 =ρ·d/ S 式中 :ρ为电解液的比电阻 ; d 为阴阳极表 面之间的距离 ; S 为阴极面积。 正常情况下 ,各部分所占比例 Ea - ·41· 有　色　冶　金　设　计　与　研　究 第 21 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net Ek :20 %～30 % , IR1 :50 %～70 % , IR2 :10 % ～25 %。可见 IR1 的值在整个槽电压中占 的比例最大。 永久阴极法 Ea - Ek 和 R2 的数值虽 然由于阴极板和导电棒材质有变化 ,但和 传统法相比相差不大 ,然而电流密度的增 加导致 I 数值的升高 ,极距的减小又导致 R1 变小 ,不过 I 的增加幅度比 R1 减小的 幅度大得多 ,所以 ,综合效果是 IR1 的数值 加大 ,即引起槽电压上升 ,直流电耗增加。 永久阴极电解直流电耗虽比传统法 高 ,但由于用电设备少 ,交流电耗相对比传 统法减少。 4 　永久阴极铜电解技术的优点 ISA 法和 KIDD 法两种工艺虽然在不 锈钢阴极板结构和工艺指标方面有所不 同 ,但是它们的优点是相同的 ,主要体现在 以下几个方面 : (1)工艺流程简化。 由于永久阴极电解技术用可反复使用 的不锈钢阴极取代一次性始极片 ,省去了 繁琐的始极片生产制造工序 ,简化了生产 流程 ,减少了设备、场地和操作工人。在使 用大极板长周期的传统法工厂 ,生产始极 片的种板槽占商品生产槽的 5 %～6 % ,但 种板槽出装槽频率是生产槽的十几倍 ,而 且还要靠人工从母板上剥取铜片 ,再堆垛、 剪切、送机组上加工成始极片 ,占用的劳动 工作量占整个电解工序工作量一半以上。 如果是采用小极板短周期的工厂 ,其始极 片的需要量更大。而永久阴极电解技术无 始极片的生产制作系统 ,劳动工作量大大 减少 ,每吨铜的劳动生产率一般为 014～ 016 人工时/ t ,而传统法为 110～112 人工 时/ t。 (2)产品质量好。 与传统法相比 ,在提高阴极质量方面 , 永久阴极电解技术的优越性在于以下三个 方面 : ①由于不锈钢阴极平直 ,电解时产生 的电力线分布均匀 ,使阴极析出致密均匀 , 不像始极片容易变形 ,造成短路和板面长 粒子 ,使杂质含量上升。国外有些使用传 统法工艺的工厂将已经电解了几天的阴极 吊出重新轧平 (又称轧制阴极法) ,以求阴 极平直、垂悬度好 ,从而保证阴极质量。国 内也有工厂做过试验 ,探索阴极铜表面长 粒子的原因 ,在阴极板平直、阳极泥漂浮、 添加剂配比三个因素中 ,阴极板面弯曲造 成板面长粒子的影响占 40 %以上。 ②阴极铜从阴极上剥取 ,避免了始极 片在制作、存放过程中造成的表面氧化、污 染 ,入槽后在阴极铜中心形成杂质夹层。 很多工厂特别是传统小极板电解工厂 ,从 始极片剥下到加工好入槽往往需要一个星 期以上 ,有时长达一个月 ,而在始极片入槽 前又未采用特殊的处理 ,造成氧化物、 污染物进入阴极铜中心 ,影响产品质量。 ③永久阴极法产出的产品无吊攀 ,容 易清洗 ,克服了传统法产品吊攀铆接处难 以清洗 ,造成产品残留硫酸及硫酸铜的污 染。 目前世界上采用永久阴极技术的工厂 产品质量均达到英国 LME 注册的高纯阴 极铜质量。 (3)单位面积产量大。 由于永久阴极法采用较小的极距和较 高的电流密度 ,加上无始极片生产制作系 统 ,电解车间面积小 ,所以单位面积产量 大。 (4)生产成本低 ,经济效益好。 由于无始极片生产系统和采用高电流 密度、小极距 ,从而减少了电解槽、设备和 厂房 ,投资相应减少 ;永久阴极法阴极周期 短 ,残极率低 ,可减少铜在生产过程中的积 压量 ,加速流动资金的周转 ;由于简化了生 产过程 ,劳动定员少 ;由于设备少而且不锈 ·51·第 3 期 永久阴极铜电解技术述评 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 钢阴极至少有 15～20 年的寿命 ,很少需要 维护保养 ,所以设备维护费和管理费用低 ; 永久阴极法综合能耗低。所以永久阴极法 综合成本比传统法低 ,经济效益好 (本文后 部将详细论述) 。 永久阴极电解技术有如此多的优点 , 是它们得以在世界上广泛应用的原因。而 且从近几年的情况看 ,两种永久阴极电解 技术之间也已形成竞争态势 ,两种技术有 什么区别和特点 ,中国如引进该项技术那 一种更为合适 ,这需要进一步搞清楚。 5 　ISA 法和 KIDD 法的区别 ISA 法和 KIDD 法最大区别在于阴极 板的结构和使用不同的剥片机组。两种不 锈钢阴极结构上的差异使他们用于电解精 炼时的情况也不尽相同。 (1)涂蜡和不涂蜡 从图 1、2 可以看出 , ISA 法的底部为　 型 ,KIDD 法底部为　型。ISA 公司最早开发 不锈钢阴极时 ,为了使产出的阴极铜为独立 的两块 ,在底部涂蜡作隔离边 ,而 KIDD 法底 部不涂蜡 ,剥下来的两块铜在底部连在一起 , 这是两种工艺产出产品的差异。 从图 1 可以看出 , ISA 法有三种包边 带 ,而用 I所示意的包边带时 ,在极板与包 边带结合处需涂蜡 ,称之为涂边蜡 ,主要是 为了密封和保护包边带。涂蜡后边带的使 用寿命可长达 4 年 ,不涂蜡的一般为两年 , 所以目前北德精炼厂仍然采用涂边蜡工 艺。涂边蜡需用干净蜡 ,底部的蜡可用回 收的废蜡。 KIDD 法开发了无蜡工艺 ,原因是涂蜡 有很多缺点 : ①蜡有消耗 ,增加了生产成本。 ②蜡控制不当会污染阴极。 ③用涂蜡工艺时阴极铜洗水温度高 , 水温高对包边带寿命有影响。 ④有涂蜡工艺时机组功能要增加。 ⑤蜡有一个回收和贮存的问题。 涂蜡的这些缺点是 ISA 法的不足之处 , 所以 ,ISA 公司一直在考虑取消涂蜡 ,并于 1999 年推出了无蜡工艺。他们改变了阴极 板底部结构 ,并在阴极剥片机组上增加了将 两块连接的铜从底部拉开的功能 ,使阴极铜 仍为单块产品 ,所以 ,今后新建的 ISA 电解 工艺的工厂将采用无蜡工艺。 KIDD 工艺剥下的两块铜底部成　形 , 目的是捆扎时可以压紧。但两块底部连在 一起的铜对需要单块铜产品的用户不合 适 ,仅能供给需要成捆铜的用户 , 所以 KIDD 法的产品用户受到一些限制。 (2)导电棒结构的不同。 ISA 法的导电棒为 304L 不锈钢的空心 棒 ,钢度好。与 316L 不锈钢板焊接 (点焊) 后再镀铜 ,铜层厚 215 mm。整个导电棒和 镀在不锈钢板上的镀铜层截面积为 369 mm 2 ,比传统法的两个吊耳截面积大的多 , 导电性能要好。从导电棒与铜母线触点到 阴极板的电解液面线位置的电压损失约 26 mV(600 A 时) 。 KIDD 法的导电棒为纯铜棒 ,与不锈钢 阴极之间采用双面连续焊接 ,其焊接技术 已申请专利 ,优点是既不使板面变形 ,又不 会影响极板的耐腐蚀性能 ,导电棒的钢度 虽差些 ,但导电情况比 ISA 法导电棒更好 , 从导电棒与铜母线触点到阴极板的电解液 面线位置的电压损失约 15 mV(600 A 时) 。 (3)阴极剥离机组不同。 传统大极板法用的阴极机组功能仅有 洗涤、堆垛、打包 , ISA 法和 KIDD 法的机组 则要增加锤击、剥离功能。ISA 法涂蜡时 还有涂蜡和蜡的回收装置 ,如不涂蜡则需 要增加阴极铜拉开功能。几种机组都可根 据用户的需要增加压纹和自动取样、自动 贴标签等可选项。 图 3、4、5 为传统法、ISA 法、KIDD 法阴 极机组的功能及布置形式图。 ·61· 有　色　冶　金　设　计　与　研　究 第 21 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 3 　传统法阴极机组 图 4 　ISA 法阴极剥离机组 (涂蜡工艺) (Wenmec 公司生产) 图 5 　KIDD 法阴极剥离机组 (Aisco 公司生产) 　　从图上可以看出 ,传统法机组功能少 , 结构最简单 ; KIDD 法的机组呈圆型布置 , 从传动原理上看更能满足强制动作要求 , 但结构比较复杂、检修位置较小 ,造价相对 会高。ISA 法用的机组横向宽 ,占地大 ,但 结构简单些 ,布置比较合理 ,并可根据剥片 能力的大小对功能进行调整组合 ,它的能 力有 50～600 片/ 时不等。 6 　投资及经济效益比较 永久阴极铜电解技术在中国未能应用 的主要原因是投资高 ,目前国内工程项目 投资的高低仍然是业主考虑的重要问题。 中国在现阶段应用永久阴极铜电解技术其 投资和经济效益究竟如何 ? 以下将以我们 1999 年初用永久阴极技术完成的国内某 厂年产 10 万 t 电解工程可行性研究为例 , 根据外商初步报价 ,对投资和经济效益作 出分析。 三种工艺引进设备对比见表 4 ,引进 设备费用对比见表 5。 表 4 　三种工艺引进设备对比 引进 ISA 法 KIDD 法 传统大 极板法 阳极加工机组 ,条 1 1 1 始极片加工机组 ,条 1 导电棒贮运机组 ,条 1 阴极洗涤机组 ,条 1 电铜剥离洗涤机组 ,条 1 1 残极洗涤机组 ,条 1 1 1 不锈钢阴极 ,块 20 000 20 000 电解专用吊车 ,台 1 1 1 ·71·第 3 期 永久阴极铜电解技术述评 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 表 5 　三种工艺引进技术和设备购置费对比　万美元 引进费用组成 ISA 法 KIDD 法 传统大 极板法 机组 506(3 条) 595 (3 条) 640(5 条) 专用吊车 170(1 台) 170 (1 台) 160(1 台) 不锈钢阴极 540 (20 000 块) 570 (20 000 块) 技术服务 14 18 10 合计 1 230 1 353 810 从表 4 和表 5 可以看出 ,两种永久阴 极法的引进费用有差异 , KIDD 法的引进费 用比 ISA 法多 123 万美元 ,主要是不锈钢 阴极板及机组的购置费用高 ,所以在比较 工程投资和经济效益时 ,先以引进费用低 的 ISA 法和传统大极板法进行比较。 表 6 为 10 万 t 电解车间 (不含净液)使 用 ISA 法和传统大极板法两种工艺时的工 程投资比较 ,表 7 为两种工艺的流动资金 和经济效益比较。 表 6 　两种方法的固定资产投资比较 万元 项目名称 ISA 法 传统法 备　　注 建筑、设备及安装 11 主厂房及附跨 3 251100 4 137111 21 电解槽 576100 768100 31 进口机组、吊车及安装 6 183167 7 317194 41 国产标准设备及安装 571138 668183 51 国产非标设备及安装 697149 907160 61 进口不锈钢阴极板 4 795174 71 钛母板 869140 81 导电棒 526168 91 工艺管道及金属构件 177101 322199 101 配电整流及动力配线 1 958145 2 335107 111 仪表 82178 112178 121 引进设备国内配套 180100 180100 　　1～12 小计 18 473152 18 149137 ISA 法多 324115 万元 其它费用 11 境外培训费 30100 21 其它费用 1 298138 1 284194 31 进口设备五费 807142 531120 41 技术服务费 (引进设备) 116120 83100 　　1～4 小计 2 252176 1 899114 ISA 法多 353162 万元 预备费 11 外汇预备费 5 % 504164 332100 21 工程预备费 20 % 2 123170 2 681170 　　1～2 小计 2 628134 3 013170 ISA 法少 385136 万元 固定资产投资总计 23 354162 23 062120 ISA 法多 292142 万元 ·81· 有　色　冶　金　设　计　与　研　究 第 21 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 表 7 　流动资金及经济效益指标比较 指标名称 单位 ISA 法 传统法 1、投资总额 万元 39 798 42 356 　其中 :固定资产投资 万元 23 355 23 062 　　　全额流动资金 万元 16 443 19 294 2、在册职工人数 人 45 80 3、年均销售收入 (含税) 万元 176 400 176 400 4、年均总成本费用 (含税) 万元 169 796 170 297 　其中 :原料 万元 163 268 163 268 　　　辅助材料 万元 409 258 　　　燃料费 万元 204 394 　　　外购动力 万元 1 277 1 247 　　　工资 万元 106 184 　　　折旧费 万元 1 594 1 542 　　　修理费 万元 780 958 　　　其它制造费 万元 238 251 　　　残极返熔费用 万元 219 310 　　　销售费用 万元 452 452 　　　管理费用 万元 198 200 　　　财务费用 万元 1 051 1 233 5、年均销售税金及附加 万元 1 762 1 746 6、年均所得税 万元 1 598 1 438 7、年均税后利润 万元 3 244 2 919 8、全投资财务内部收益率 　　　所得税后 % 13145 2111 　　　所得税前 % 18145 16134 9、全投资回收期 　　　所得税后 年 7176 8145 　　　所得税前 年 6134 6197 10、盈亏平衡点 % 45 50 　　从表 5、6、7 可以看出 : (1)永久阴极法固定资产投资略高。 ISA 法不锈钢阴极板多出 540 万美元 (约合 4 482 万元人民币) ,但机组和吊车的 费用比传统法少 ,所需引进设备购置费比 传统法高 420 万美元 (约合 3486 万元人民 币) 。从表 6 看 , ISA 法由于工艺流程简化 , 建筑面积比传统法少 ,所以建筑工程、配套 设备、安装费用都比传统法要省 ,尽管引进 设备投资比传统法高 ,但国内投资费用少 , 预备费少 ,总的固定资产投资与传统法比 , 仅高出 292 万元人民币。 (2)永久阴极法流动资金少。 ISA法与传统法相比 ,由于电流密度 高 ,阴极周期短 ,电解槽数量少 ,而且不需 要始极片生产制作工序 ,电解过程中铜积 压量相对减少 ,周转快 ,故维持简单再生产 所需的流动资金占用量相对较少 ,大约是 传统法的 85 %左右 ,流动资金的投资比传 统法少 2 851 万元。在市场经济的形势下 , 企业更加重视资金周转 ,流动资金少无疑 是不锈钢阴极法的一大优点。 所以 ,永久阴极法的固定资产投资比 传统大极板法略高 ,而流动资金少于传统 法 ,项目总投资 (固定资产 + 流动资金) 永 久阴极法要低 2 558 万元。这将改变永久 阴极法投资一直居高的状况 ,成为它能够 在中国应用的有利条件。 (3)永久阴极法生产成本低。 从表 7 各项成本指标看 , ISA 法有以下 几个特点 : ①残极率低 ,原料成本略低。② 蒸气消耗比传统法少 ,其燃料成本要低。③ 电流密度高 ,所以电耗高 ,外购动力成本要 略高。④流程简单 ,自动化程度高 ,劳动定 员少 ,工资成本低。⑤直接工程费高于传统 法 ,所以折旧费略高。⑥不锈钢阴极占用投 资额约 540 万美元 ,合人民币 4 482 万元 ,但 该项设备寿命较长 ,很少需要维修 ,故修理 费用比传统法低。⑦由于 ISA 法引进设备 的海运、保险费比传统法高 ,管理费中的摊 销费要高。综合以上因素 ,各项成本费用合 计 ISA 法比传统法低 500 万元左右 ,即每吨 阴极铜的成本要低 50 元左右。 (下转第 29 页) ·91·第 3 期 永久阴极铜电解技术述评 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 根据理论力学可知 ,外力所作的功等 于系统机械能的改变量 : A = Umax - Tmax 将 (10) 、(11) 、(12) 式代入 (13) 式 ,又 因为 : Ф · max =ωФmax sin Фmax≈ Фmax 故整理可得 : ( Flcosθ- Mn - mglcos a) Фmax 　= ( kc2 - 12 mglsin a - 1 2 ml 2ω2) Ф2max 已知对回转中心的合力矩为 0 ,即 : Flcosθ- Mn - mglcos a = 0 而 Фmax ≠0 ,所以 : kc2 - 12 mglsin a - 1 2 ml 2ω2 = 0 解上式 ,即可得到摆动式机架的固有 频率为 : ω= 2 kc 2 ml2 - gsin a l (14) 以上介绍了振动筛电动机摆动式机架 的设计思路和主要设计计算。至于机架中 一般机械零件的设计计算 ,可参看有关设 计手册或教科书 ,本文不另赘述。 参 　考 　文 　献 1 　成大先主编 1 机械设计手册 1 第 3 版 1 北京 :化学工 业出版社 ,1993 2 　哈尔滨工业大学理论力学教研组 1 理论力学 1 第 4 版 1 北京 :高等教育出版社 ,1982 3 　张维屏主编 1 机械振动学 1 北京 :冶金工业出版社 , 1983 (上接第 19 页) 7 　结语 综上所述 ,永久阴极电解技术比传统法 工艺指标先进 ,产品质量好 ,劳动生产率高 , 综合能耗低 ,生产成本低 ,已充分显示出它 的优越性。而在两种永久阴极电解技术中 , ISA 法在产品规格上、高电流密度生产管理 方面、剥片机组结构上以及引进费用低方面 有一定的优势 ,但是究竟引进哪一种技术还 应结合项目的具体情况具体分析。 从国外形势看 ,特别是近 5 年 ,国外新 建和扩建的大中型电解工厂均采用永久阴 极电解技术 ,还有很多老厂正拟采用永久 阴极电解技术进行技术改造。从国内形势 看 ,我国的铜电解水平与世界先进水平之 间还存在差距 ,要使我国的铜电解生产适 应目前国际市场的竞争 ,必须使企业努力 提高产品质量 ,降低生产成本 ,永久阴极法 电解工艺更能满足这种形势的需要 ,而且 优势将会越来越明显 ,所以现在国内无论 新建大中型电解工厂还是老厂的技术改 造 ,均应采用先进的永久阴极电解工艺 ,以 提高企业的经济效益和产品竞争力 ,因此 , 永久阴极电解技术是我国大中型铜电解工 厂的发展方向。 ·92·第 3 期 振动筛电动机机架的改进及设计计算