銅電解凈液工藝優(yōu)化

占康樂，李俊標，鄒 賢

（銅陵有色金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

在電解過程中，電解液中的銅和雜質(zhì)離子的濃度會逐漸增加，如不加以去除，銅及雜質(zhì)離子的濃度會超過極限濃度，對電解過程造成不利影響，故需要定期抽取一定量的電解液送至凈液工序脫銅脫雜[1]。

電解液的凈化工序一般包括：平衡銅離子系統(tǒng)、脫砷系統(tǒng)、硫酸鎳系統(tǒng)以及電解液循環(huán)和過濾系統(tǒng)等。提升凈液蒸發(fā)器處理能力，實現(xiàn)陽極泥浸出后液雜質(zhì)充分脫除，優(yōu)化電積槽面作業(yè)方式，有利于降低電解生產(chǎn)成本，是降低電解系統(tǒng)雜質(zhì)含量的有效手段。

1 金隆公司凈液工序簡介

金隆公司目前陰極銅年產(chǎn)量46 萬噸，凈液工序由1 系統(tǒng)和2 系統(tǒng)組成，設(shè)計電解液凈化能力為600kt/a，2 套系統(tǒng)采用獨立的硅整流控制。

其中，1 系統(tǒng)5 個系列，每系列8 槽，共計40 槽，主要完成電積脫銅任務(wù)；2 系統(tǒng)8 個系列，每系列8 槽，共計64 槽，主要完成電積脫雜任務(wù)。

目前，凈液1 系統(tǒng)1 次脫銅為1、2、4 系列（生產(chǎn)合格電積銅），具體開動系列數(shù)可隨電解系統(tǒng)Cu2+濃度高低進行調(diào)控，一般1 次脫銅終液Cu2+濃度控制在35g/L 左右，2 次脫銅為3、5 系列，二次脫銅終液Cu2+濃度控制在25g/L 左右。

鑒于金隆凈液工序蒸發(fā)器處理能力有限（處理量17m3/h），一部分2 次脫銅終液泵入凈液2 系統(tǒng)1～4 系列進行脫雜，脫雜后液返電解系統(tǒng)；余下部分2 次脫銅終液經(jīng)列管式蒸發(fā)器濃縮、導(dǎo)流式離心機離心后（離心后液Cu2+濃度控制在20g/L 左右），泵入凈液2 系統(tǒng)進行脫雜，脫雜終液專供硫酸鎳生產(chǎn)。

2 所做的工作

2.1 提升電解液凈化量

目前國內(nèi)外銅精礦市場高雜礦種占比增大，中間物料全部回爐處理，As、Sb、Bi、Ni 元素在火法冶煉過程中難以完全除去，陽極板含雜質(zhì)升高[2]，同時電解年處理陽極泥浸出后液約20000m3，為保證電解液雜質(zhì)成分穩(wěn)定，凈液脫雜能力需實現(xiàn)提升。

表1 陽極板雜質(zhì)含量統(tǒng)計情況（ppm）

在凈液電積過程中，同等濃度狀態(tài)下，凈液電積對電解液中元素脫除順序為Cu、As、Bi、Sb，實現(xiàn)Bi、Sb 的有效脫除，需保證電積液中較低的Cu、As 濃度[3]。

表2 電解主要元素統(tǒng)計數(shù)據(jù)

以Bi 元素為例，電解液中Bi 每日溶出量為：

mBi=56.58＊10^4＊400＊10^-6＊63%＊（1-14.5%）＊10^3/365=334kg/d。

若要使電解液中Bi 含量穩(wěn)定在0.6g/L 以內(nèi)，對應(yīng)的每日凈液量應(yīng)為：

VBi=(334＊10^-3)/(0.6＊10^-3＊95%)=586m3/d。

依次計算Cu、As、Bi、Ni 對應(yīng)的脫雜凈液量（見表3）。

表3 對應(yīng)的脫雜凈液量

Cu 平衡所需凈液量為336m3/d，As、Sb、Ni 平衡所需凈液量分別為141m3/d、265m3/d、110m3/d，但Bi 平衡所需凈液量為586m3/d，Cu、Bi 凈液量不匹配會導(dǎo)致電解系統(tǒng)Cu 失衡，需借助真空蒸發(fā)器實現(xiàn)電解液濃縮，采用帶式過濾機實現(xiàn)硫酸銅重溶返至電解系統(tǒng)。Bi 的脫雜凈液量VBi與Cu 的脫雜凈液量VCu差值越大，需對應(yīng)的蒸發(fā)器處理能力越大。

原真空蒸發(fā)工序處理二次電積終液，蒸發(fā)后液經(jīng)凈液2系統(tǒng)5-8 系列脫雜后，專供硫酸鎳工序生產(chǎn)?，F(xiàn)將真空蒸發(fā)工序前移，直接處理電解液，提升CuSO4 重溶量、雜質(zhì)元素富集量。

VBi–VCu=586-336=250m3/d。

若蒸發(fā)器處理母液為二次脫銅終液，則需要蒸發(fā)器處理量。

V二次脫銅終液=(250＊46)/(25＊0.6＊24)=32m3/h。

若蒸發(fā)器處理母液為電解液，則需要的蒸發(fā)器處理量。

V電解液=250/(0.6＊24)=17m3/h。

圖1 原工藝流程

圖2 改進后的工藝流程

表4 陽極泥浸出后液化驗數(shù)據(jù)（mg/L）

經(jīng)此改進后，可最大程度地發(fā)揮蒸發(fā)器濃縮能力，穩(wěn)定控制蒸發(fā)器濃縮比0.6，蒸發(fā)后液Cu 含量可達27g/L，經(jīng)5-8 系列電積脫雜后，專供硫酸鎳生產(chǎn)（詳見圖）。

2.2 優(yōu)化陽極泥浸出后液處理方式

陽極泥浸出后液中銅含量約45g/L，直接外售計價系數(shù)低（按含銅量60%計價），旋流電積工藝生產(chǎn)電積銅能耗較高[4]，因此，金隆公司采取凈液電積工藝處理陽極泥浸出后液。但陽極泥浸出后液中成分不穩(wěn)定，若雜質(zhì)脫除不充分，引起電解液中懸浮物升高，嚴重影響陰極銅質(zhì)量；同時，因陽極泥浸出后液中氯離子含量高（達電解液的10 倍），易造成壓濾機濾布堵塞，影響電積槽面作業(yè)效率[5，6]。

對凈液1 系統(tǒng)進行改造，研究處理陽極泥浸出后液的最佳工藝條件，降低其對電解生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，實現(xiàn)電積標準銅產(chǎn)量、質(zhì)量的提升。

結(jié)合陽極泥浸出后液雜質(zhì)元素的特點（見表4），研究陽極泥浸出后液在凈液的處理方式對生產(chǎn)系統(tǒng)、電積銅質(zhì)量的影響，方案一是與陽極泥浸出后液電解凈化液混合后大流量循環(huán)產(chǎn)出標準電積銅，少部分進行脫雜段；方案二是陽極泥浸出后液直接與脫雜始液混合，進入凈液2 系統(tǒng)處理；方案三是陽極泥浸出后液與一段脫銅終液混合進行預(yù)脫銅再全部進入脫雜段返回電解系統(tǒng)。不同處理方式比較（見表5）。

實踐比較以上三種方案，分析陽極泥浸出后液Te、Cl、As、Bi 等雜質(zhì)元素高的特點對電解系統(tǒng)的影響，采用方案三進行處理，同時增設(shè)陽極泥浸出后液中間過渡槽，均勻進入凈液系統(tǒng)[7]。

2.3 提升凈液脫雜效率

蒸發(fā)后液粘度大、比重高、溫度低，部分細顆粒硫酸銅結(jié)晶進入結(jié)晶母液中，造成儲槽硫酸銅結(jié)晶，在槽面流量較小時易發(fā)生管道內(nèi)部結(jié)晶堵塞現(xiàn)象，嚴重時造成槽面斷流，當(dāng)電積槽面流量過小時，脫雜槽面甚至?xí)霈F(xiàn)斷流現(xiàn)象，產(chǎn)生劇毒AsH3氣體。

采用夾套式儲罐進行離心后液加熱，在側(cè)部開有不銹鋼管通道，通以蒸汽實現(xiàn)對離心后液加熱，在罐內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，水冷槽內(nèi)部設(shè)置盤管，在盤管內(nèi)通蒸汽換熱效率更高，保溫效果更好，內(nèi)部有攪拌槳，可有效防止底部硫酸銅結(jié)晶堵塞，穩(wěn)定蒸發(fā)后液溫度[8]。

通過內(nèi)循環(huán)方式加大循環(huán)量，將電積槽面始液與終液混合，采用泵實現(xiàn)強制內(nèi)循環(huán)，進出電積槽的液量保持不變，循環(huán)量擴大了3 倍，減小濃差極化帶來的影響，有效避免槽面斷流[9]。

表5 不同陽極泥浸出后液處理方式比較

圖3 電積槽內(nèi)循環(huán)方式

3 總結(jié)

蒸發(fā)器處理量提升后，解決了電解系統(tǒng)銅、雜質(zhì)不匹配的問題，凈液量由15m3/h 提升至24m3/h（含3m3/h 陽極泥浸出后液），凈液能力提升約50%，每月黑銅泥產(chǎn)量由300噸增加至400 噸以上，黑銅泥銅含量由55%降低至45%左右。

通過優(yōu)化陽極泥浸出后液處理方式，年陽極泥浸出后液處理量20000m3以上，電銅質(zhì)量不受影響。陽極泥浸出后液產(chǎn)出量約80～90m3/天，銅量1300 噸，旋流電積處理量35m3/天，外售50m3/天（計價系數(shù)為銅價的63.5%），避免外售銅損失。

通過內(nèi)循環(huán)、增加中間加熱槽等方式，凈液脫雜效率大于90%，脫雜終液Cu 含量控制在1%左右，Sb、Bi 含量低于100mg/L。