電積過程酸霧前端與末端耦合治理工藝及應用實踐

陳 杭， 衷水平,3， 康錦程， 張 鵬， 張興勛， 王 滔， 張煥然

(1.紫金礦業(yè)集團股份有限公司, 福建 上杭 364200； 2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室， 福建 上杭 364200； 3.江西理工大學， 江西 贛州 341000)

電積過程酸霧前端與末端耦合治理工藝及應用實踐

陳 杭1,2， 衷水平1,2,3， 康錦程1， 張 鵬1,2， 張興勛1， 王 滔1， 張煥然1,2

(1.紫金礦業(yè)集團股份有限公司, 福建 上杭 364200； 2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室， 福建 上杭 364200； 3.江西理工大學， 江西 贛州 341000)

針對銅電積過程中存在酸霧大、污染環(huán)境等問題，采用前端抑制和末端治理的耦合新工藝，解決了電積車間酸霧彌散的問題。應用結果表明，采用陽極套袋能有效減少氣泡數量，可從源頭上抑制酸霧的帶出；采用透明樹脂板與強制通風法聯(lián)用能有效地收集電積槽面的酸霧，降低酸霧對人體與設備的影響，車間經改造后酸霧濃度由原來的35 mg/m3降低至1 mg/m3左右。

銅電積； 酸霧； 陽極套袋； 強制通風法

某銅濕法廠采用“生物堆浸- 萃取- 電積”工藝提取陰極銅，年產陰極銅2.47萬t。其中，電積過程為高純陰極銅產品直接生產工序，工藝控制、設備性能直接決定產品質量，其反應式如下[1]：

陽極：

2H2O-4e→4H++O2↑

(1)

陰極：

Cu2++2e →Cu

(2)

由式(1)、(2)可知，在硫酸銅電沉積過程有O2生成，當氣泡直徑增大至0.3 mm時，將脫離陽極板表面從電解液中加速上升至電解液與空氣界面處爆裂，產生的噴濺液滴以10 m/s的速度噴射進入大氣，導致大量的電解液微滴彌散于空氣中，電解液中硫酸濃度高達160～180 g/L，造成電積車間酸霧彌漫[2]。

彌漫的酸霧將造成以下幾點不利的影響：(1) 惡化作業(yè)環(huán)境，嚴重影響工人的身體健康[3]；(2) 對周圍的環(huán)境與大氣造成污染；(3) 造成廠房及設備的腐蝕，縮短使用壽命；(4) 造成硫酸的損失[4]。目前，國內外抑制酸霧的方法主要可劃分為前端抑制和末端治理兩大類。其中，前端抑制主要有泡沫覆蓋法[5-7]和添加全氟表面活性劑法[8-10]、小球覆蓋法[11-12]、機械消除法[13]、表面隔離法[14-16]等。后端治理的方法主要有通風法[17-18]、靜電除霧法[19]和水噴淋吸收法[20]等。該銅濕法廠從2005年投產以來一直致力于酸霧治理工作，歷年來采取了PP小球覆蓋法、酸霧抑制劑法，效果均不理想，直到2009年建成電積槽酸霧排氣凈化系統(tǒng)，但仍未徹底的抽除酸霧，且另外引起電積槽導電銅排、絕緣排及陽極板加快腐蝕，增加生產成本。

為了緩解酸霧造成的負面影響，2012年濕法廠決定采用前端抑制與末端治理耦合的方法治理酸霧。通過陽極套袋的方式從源頭上減少酸霧的形成，末端匹配電積密閉抽風系統(tǒng)，確保酸霧高效集中處理，實現(xiàn)清潔生產。

1 酸霧前端抑制技術

在電積過程中，陽極表面會析出大量的氣泡，這些氣泡直徑小而密集且沖破液面時速度大，極有利于酸霧的帶出。為此，國內外學者提出了泡沫覆蓋法、小球覆蓋法和表面隔離法等方法抑制酸霧的生成，但仍無法擺脫抑制效果不理想或操作費用過高的問題。因此，濕法廠提出采用陽極套袋的方式從源頭上抑制酸霧的生成，陽極套袋如圖1所示。由圖1可知，陽極套袋主要由聚氯乙烯纖維制成，套袋一端開口可裝入陽極，開口上方有固定布條可系于鉛陽極板上，其應用如圖2所示。

圖1 陽極套袋示意圖

在傳統(tǒng)的電鍍過程中，為了保證鍍層的光亮與微觀平整性，通常采用棉、麻、混紡織物及漂白布、的確良布、滌綸布等制成陽極套袋，將陽極套住，抑制陽極溶解雜質遷移至鍍層表面污染鍍層[21]。在銅電積過程中使用陽極套袋，一方面可以抑制鉛陽極溶解產生的懸浮雜質遷移而污染陰極；另一方面，如圖3所示，陽極套袋可使氣泡聚集長大，減少氣泡數量，也可以減緩氣泡逸出電解液面時的速度，從而減少電解液的夾帶量和氣泡破裂時噴濺液滴的噴射速度，抑制大量的電解液進入空氣。圖4為前端抑制技術對車間酸霧含量的影響。由圖4可知，未對陽極進行套袋時，車間酸霧含量為32.6 mg/m3；采用陽極套袋后，車間酸霧含量顯著降低至7.8 mg/m3。

圖2 陽極套袋生產應用

圖3 酸霧抑制機理示意圖

圖4 前端抑制技術對車間酸霧含量的影響

2 酸霧末端治理技術

2.1 技改前

2009年銅濕法廠進行了電積槽酸霧排氣凈化系統(tǒng)技改工程，如圖5所示。其主要設備有：玻璃鋼酸霧凈化塔、羅茨風機、大小玻璃鋼管道、槽側面建設、風管軟接頭、丙綸布等。該工程投入使用后，其效果很不理想，具體原因有如下兩點：(1)由圖5可知，電積槽面只有一個風口，所抽走的只是槽面較小局部的酸霧，離風口較遠的酸霧無法排除，大量的酸霧只能從槽面上逸出或沉積在槽內，且丙綸布搭接存在加工漏縫，造成酸霧抽吸不徹底，廠房內仍有酸霧，工作環(huán)境惡化，且腐蝕行車等設備，存在安全隱患。(2)由于電積槽面采用丙綸布遮蓋，酸霧沉積在槽內，使槽面形成酸性潮濕的環(huán)境，陰陽極導電棒長期在潮濕的環(huán)境下，導電排、絕緣排和陽極板因硫酸銅結晶發(fā)生電腐蝕，設備使用年限縮短，影響正常生產。

圖5 技改前強制通風方式

2.2 技改后

針對首次技改出現(xiàn)的酸霧抽吸不徹底，腐蝕導電排、絕緣排等問題進行二次技改，該次技改只針對電積槽槽面進行，原有的抽風系統(tǒng)不變，如圖6所示，其主要技改內容為：(1)由現(xiàn)有槽面上的一個抽風口改造成多個抽風口，使電積槽上方形成負壓作業(yè)；(2)制做耐酸堿透明樹脂板蓋板，要使電積槽形成負壓作業(yè)，就要使電積槽成為一個密封器，采用5 mm耐酸堿透明樹脂板，樹脂板蓋板底安裝玻璃鋼滑輪，雙層滑動方法，類似鋁合金推拉窗原理，方便操作；(3)風口聯(lián)接，玻璃鋼蓋內內置抽風管與槽體外的風管聯(lián)接采用活動管連接，便于員工日常安裝及拆開，進行銅板出槽及巡檢。

通過電積槽酸霧抽風系統(tǒng)改造，槽蓋之間相連更為緊密，保證良好抽風效果。電積槽內部導電排、絕緣排和陽極板上不會再大量積聚硫酸銅結晶，可以大大減緩導電板等因硫酸銅結晶引起的電腐蝕速度。另外，透明樹脂板可方便檢查電積槽內生產情況，提高安全生產系數，且整體美觀大方，槽蓋板上下兩層滑輪設計使操作更加方便省力。

圖6 技改后強制通風方式

3 應用實踐

該濕法廠于2012年決定采用前端抑制與末端治理耦合的方法治理酸霧，其生產車間技改前后對比，如圖7所示。由圖7可知，技改后車間美觀大方，導電排沒有明顯的硫酸銅結晶，車間地面干凈整潔。改造前后車間酸霧濃度由表1所示。由表1可知，電積車間酸霧濃度由改造前的35 mg/m3降低至改造后的1 mg/m3左右，前端與末端耦合技術能有效解決酸霧量大，作業(yè)環(huán)境差，腐蝕設備的問題。

圖7 生產車間酸霧治理改造前后對比

時間改造前酸霧濃度/mg·m-32009年12月31 62010年6月35 82010年12月33 22011年6月37 2時間改造后酸霧濃度/mg·m-32014年6月0 92014年12月0 62015年6月1 12015年12月0 7

4 結論

經過3年多的生產，前端與末端耦合技術治理酸霧具有以下幾點優(yōu)勢：

(1) 陽極套袋能大大減少氣泡的數量，減低氣泡的上浮速度，有效地從源頭上抑制酸霧的生成，使車間酸霧含量由32.8 mg/m3降低至7.8 mg/m3左右。

(2)采用鋁合金推拉窗原理建立的樹脂板，整個電積槽處于密封器環(huán)境。配上抽風系統(tǒng)，使電積槽形成負壓表面，酸霧不逸出槽外，也不停滯在槽面，電積槽處于干燥環(huán)境，陰陽極導電棒不產生腐蝕。而且，樹脂板蓋防腐功能好，一次性投資，長期使用。

(3)采用前端抑制和末端治理耦合技術，銅電積車間的酸霧濃度顯著降低，可由原先的35 mg/m3降低至1 mg/m3左右。

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Technology and application of treating acid mist by combination with source controlling and follow-up treatment in copper electrowinning

CHEN Hang, ZHONG Shui-ping, KANG Jin-cheng, ZHANG Peng, ZHANG Xing-xun, WANG Tao, ZHANG Huan-ran

According to a series of problems such as heavy acid mist, air pollution during copper electrowinning, a technology combination with source controlling and follow-up treatment was adopted. The application result showed that the bagging anode could decrease the bubble amount and reduce the acid mist carried from electrolyte, and that the acid mist could be collected by using transparent resin plate and the reinforced exhausting system, which could reduce corrosion of equipment and acid mist concentration. The acid mist concentration was reduced from 35 mg/m3to 1 mg/m3.

copper electrowinning; acid mist, bagging anode; reinforced exhausting system

國家自然科學基金：RE對銅電積Pb-Sn-RE合金陽極性能的影響機制研究(51364016)

陳 杭(1989—)，男，福建三明人，碩士，冶金工程師，從事銅、金濕法冶煉研究工作。

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