提升銅電解液雜質(zhì)脫除效率的生產(chǎn)實(shí)踐

左東平，謝祥添，田仁光

（陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252300）

目前，在銅冶煉過(guò)程中，火法精煉產(chǎn)出的陽(yáng)極銅品位在99.2%～99.8%，為提高銅含量，需經(jīng)過(guò)電解精煉除雜[1]。在電解精煉過(guò)程中，隨著電解進(jìn)行，陽(yáng)極銅發(fā)生電化學(xué)溶解，溶液中的銅離子在陰極上析出，而所含雜質(zhì)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的反應(yīng)，Au、Ag、Cu、Pb、Se、Te等大量稀貴金屬以陽(yáng)極泥的形式附著在陽(yáng)極銅表面上，在陽(yáng)極表面的稀貴金屬以陽(yáng)極泥形式逐步增加；當(dāng)陽(yáng)極泥超過(guò)一定厚度時(shí)，在重力作用下落入電解槽槽底，陽(yáng)極泥率為陰極銅產(chǎn)量的0.2%～0.8%；As、Sb、Bi等與銅電極電位相近的雜質(zhì)大部分在電解液中富集，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，在陰極表面與銅一起夾雜析出[2，3]。

為了維持電解液中的銅、酸含量以及雜質(zhì)濃度在陰極銅生產(chǎn)規(guī)定的范圍內(nèi)，保證電解陰極銅的純度，定期將陽(yáng)極泥從電解槽中清理出去，同時(shí)對(duì)電解液進(jìn)行凈化和調(diào)整，以保證電解過(guò)程的正常進(jìn)行。

在電解液凈化過(guò)程中，按上升速度最快的雜質(zhì)計(jì)算，抽出一定數(shù)量的電解液送往凈液脫銅工序，然后向電解液循環(huán)系統(tǒng)中補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)量的除鹽水和硫酸，以保持電解液的體積不變。抽出的廢電解液，其中所含的銅、鎳等有價(jià)成分必須盡可能地回收，砷、銻、鉍等雜質(zhì)應(yīng)盡量除去。

1 銅電解液中雜質(zhì)行為分析

在銅電解過(guò)程中，通常將陽(yáng)極中的雜質(zhì)分為4類，其在電解過(guò)程中的行為見(jiàn)表1?？梢钥闯觯旱?類雜質(zhì)電化溶解，部分進(jìn)入陽(yáng)極泥，其余在電解液中積累，消耗溶液中的硫酸，增加溶液電阻；第2類雜質(zhì)大部分沉入槽底，形成陽(yáng)極泥；第3類雜質(zhì)對(duì)陰極銅質(zhì)量影響大，不同價(jià)態(tài)相互間形成漂浮陽(yáng)極泥，部分在電解液中富集；第4類雜質(zhì)中氧通常與其他元素形成化合物存在，這些化合物大部分是難溶于電解液的，在電解過(guò)程中它們主要進(jìn)入陽(yáng)極泥。

表1 陽(yáng)極雜志在電解過(guò)程中的行為

第3類雜質(zhì)主要以As、Sb、Bi鹽類水解或相互結(jié)合生成的漂浮陽(yáng)極泥在陰極表面進(jìn)行粘附，影響銅離子在陰極的結(jié)晶成核過(guò)程，對(duì)陰極銅質(zhì)量危害極大。

2 連續(xù)電積法除雜原理及應(yīng)用

目前在銅冶煉行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的電解液處理技術(shù)是連續(xù)誘導(dǎo)脫銅脫雜。

在連續(xù)電積法除雜中，將需凈化的電解液連續(xù)經(jīng)過(guò)多級(jí)電解槽，使As、Sb、Bi等雜質(zhì)與銅一起在陰極放電析出。

現(xiàn)有的脫銅槽為10槽生產(chǎn)（如圖1），輔助給液加入到6槽、7槽、8槽，造成9槽、10槽電解液中Cu2+無(wú)法得到及時(shí)的補(bǔ)充，基本處于“荒廢”狀態(tài)，導(dǎo)致最后兩個(gè)脫銅槽利用率低，電耗高；同時(shí)在9槽、10槽內(nèi)將會(huì)生產(chǎn)大量的AsH3劇毒氣體。

圖1 現(xiàn)有的脫銅槽

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各脫銅槽入口電解液Cu2+濃度各不相同，3根輔助給液管道以相同流量供液，無(wú)法根據(jù)各槽的實(shí)際情況將入口電解液Cu2+濃度控制穩(wěn)定，大大降低了生產(chǎn)效率；同時(shí)現(xiàn)有的給液方式，基于電解液自身重力進(jìn)行無(wú)壓供液，時(shí)常出現(xiàn)輔助給液器堵塞現(xiàn)象，造成輔助給液流量變小，甚至斷流。

分析認(rèn)為，在現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程中，銅離子濃度控制不穩(wěn)定，出現(xiàn)大量絮狀銅，后期脫銅槽內(nèi)短路嚴(yán)重，造成電效低、電耗高；出槽時(shí)人工清理脫銅槽，勞動(dòng)強(qiáng)度大；產(chǎn)出的電積銅、絮狀銅在下游工序加工成本較高。

3 雜質(zhì)脫除效率的提升措施

3.1 脫銅槽改造

在保證電解液處理能力不變的前提下，將脫銅槽數(shù)量改為8個(gè)（如圖2），以降低能耗、提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖2 改造后的脫銅槽

3.2 主輔給液配比調(diào)整

取消原有輔助給液器，輔助給液直接通過(guò)管道帶壓供液，消除輔助給液的斷流現(xiàn)象。改變?cè)休o助給液一供一管的模式，每組使用單根供液管道，由總閥控制；根據(jù)誘導(dǎo)法脫銅脫砷原理，在需要增加輔助給液槽入口處安裝分閥，通過(guò)調(diào)整分閥，可以對(duì)不同槽輔助給液量獨(dú)立控制，將輔助給液由原來(lái)的主輔給液配比8:1調(diào)整為根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)每組進(jìn)行不同的配比給液，實(shí)現(xiàn)不同槽入口電解液Cu2+濃度的動(dòng)態(tài)控制。

3.3 降低進(jìn)口銅含量

在原有生產(chǎn)中，脫銅的主給液銅含量過(guò)高，造成生產(chǎn)過(guò)程中第4、5槽夾心銅及電積銅粒子存在過(guò)多，存在脫銅及脫雜電效過(guò)低現(xiàn)象。脫銅槽產(chǎn)物分布如圖3。

圖3 現(xiàn)有脫銅槽產(chǎn)物

通過(guò)對(duì)每組脫銅槽進(jìn)行不同進(jìn)口銅含量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行回配調(diào)整；對(duì)一次脫銅前液的電解液進(jìn)行回配，以確保二次脫銅進(jìn)口銅的含量穩(wěn)定。如圖4所示。

通過(guò)調(diào)整，凈液系統(tǒng)脫銅槽生產(chǎn)由原來(lái)的每組10槽改為8槽，進(jìn)口銅量通過(guò)電解液回配，銅含量控制在28g/l～31g/l，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果將輔助給液量通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥控制。

圖4 電解液回配流程

4 結(jié)語(yǔ)

隨著原料復(fù)雜、產(chǎn)品需求提高，在銅的電解精煉過(guò)程中，對(duì)電解液中各元素的含量有嚴(yán)格的要求，雜質(zhì)含量直接影響到主產(chǎn)品的質(zhì)量，任何元素含量過(guò)高都會(huì)影響到主產(chǎn)品的品味；在高砷陽(yáng)極的電解中，提高雜質(zhì)的脫除效率有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

凈液系統(tǒng)電耗占陰極銅電單耗的11%，直接影響陰極銅成本，進(jìn)行脫銅槽改造，可有效降低陰極銅成本；同時(shí)調(diào)整后的脫銅槽無(wú)夾心銅產(chǎn)出，無(wú)需人工在脫銅槽內(nèi)清理，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率；無(wú)絮狀銅產(chǎn)出，節(jié)約下游工序加工成本。