磁場(chǎng)協(xié)同效應(yīng)對(duì)銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶的影響

關(guān)甫江,姚夏妍,李學(xué)國(guó),楊富榮,牛永勝,魯興武,程 亮,李俞良

(1.白銀有色集團(tuán)股份有限公司,甘肅 白銀 730900;2.西北礦冶研究院,甘肅 白銀 730900;3.甘肅省有色金屬冶煉新工藝及伴生稀散金屬高效綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 白銀 730900)

電解液中Cu2+濃度是影響銅電解過(guò)程中陰極銅質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo),通常來(lái)講,陽(yáng)極溶解速度大于陰極銅析出速度會(huì)導(dǎo)致電解液中Cu2+濃度不斷升高,一旦電解液中Cu2+濃度超標(biāo),將促使CuSO4·5H2O晶體析出并黏附在陽(yáng)極表面,導(dǎo)致槽電壓升高。 同時(shí),在電解液循環(huán)過(guò)程中,特別是當(dāng)溫度降低時(shí)CuSO4結(jié)晶量增加,導(dǎo)致管道堵塞現(xiàn)象出現(xiàn),反過(guò)來(lái)又加劇了濃差極化的趨勢(shì),如此周期性往復(fù)循環(huán)下去,最終會(huì)提高電解液的密度與黏度,增加陰極銅長(zhǎng)粒子的機(jī)會(huì)[1-3]。 因此,如何保證電解液中Cu2+濃度處于生產(chǎn)要求范圍一直是銅電解精煉工藝研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

磁處理因其成本低、操作方便、易屏蔽等優(yōu)點(diǎn)引起了各國(guó)科學(xué)家的重視,通過(guò)調(diào)節(jié)強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)已成為強(qiáng)磁場(chǎng)領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題。 研究發(fā)現(xiàn):在靜磁場(chǎng)上施加一定頻率與交變的射頻場(chǎng),整個(gè)系統(tǒng)便會(huì)出現(xiàn)共振吸收現(xiàn)象,當(dāng)由射頻場(chǎng)提供的能量被原來(lái)位于低能態(tài)的原子核磁矩瞬間吸收后,將促使那些低能態(tài)的原子源源不斷地發(fā)生躍遷到高能態(tài),學(xué)界將這種由共振吸收原因而出現(xiàn)的能量躍遷現(xiàn)象命名為核磁共振[4-5]。 通常情況下,如果沒(méi)有施加強(qiáng)磁場(chǎng),原子核自旋系統(tǒng)便會(huì)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。 絕大部分的核磁共振現(xiàn)象都是在高場(chǎng)下出現(xiàn)的,此時(shí),磁化矢量會(huì)逐漸偏離靜磁場(chǎng)方向,并且磁化時(shí)間越長(zhǎng),磁化矢量緩慢偏離靜磁場(chǎng)的程度就會(huì)越嚴(yán)重[6]。 在相位上,不同原子核的自旋系統(tǒng)內(nèi)部之間會(huì)產(chǎn)生能量耦合,從能量守恒的角度來(lái)分析,這種交換的結(jié)果是原子核系統(tǒng)因?yàn)楣舱駥⑽盏哪芰咳酷尫懦鰜?lái)[7-8],在銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中,這些能量可能會(huì)促進(jìn)CuSO4的形核過(guò)程。

基于此,本文設(shè)計(jì)了強(qiáng)磁場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)磁化銅電解液的實(shí)驗(yàn)裝置,并開(kāi)展磁場(chǎng)協(xié)同作用對(duì)電解液蒸發(fā)和冷卻時(shí)電解液蒸發(fā)率以及結(jié)晶物質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)。 在確定恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度的條件下,分析流速和磁化時(shí)間對(duì)銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程的影響,并分析強(qiáng)磁場(chǎng)作用下磁化時(shí)間和流速與銅電解液發(fā)生共振的內(nèi)在機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

強(qiáng)磁場(chǎng)作用于銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置包括磁化實(shí)驗(yàn)裝置和蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置兩部分。

磁化實(shí)驗(yàn)裝置由貯液槽、循環(huán)泵、閥門、流量計(jì)、強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備以及部分管道組成,整個(gè)裝置通過(guò)循環(huán)管道構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)。 磁化循環(huán)系統(tǒng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度在0 ～3 T 范圍內(nèi)可調(diào);流速v控制在0 ～1.2 m/s 范圍內(nèi),可通過(guò)超聲波流量計(jì)測(cè)量,其大小由閥門調(diào)整。超聲波流量計(jì)由江蘇美安特自動(dòng)化儀表有限公司提供,強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為3 T,貯液槽與管道連接的地方需添設(shè)過(guò)濾裝置,以防管道堵塞。 磁化實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。 蒸發(fā)裝置主要由加熱盤、石棉網(wǎng)和燒杯組成。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用的銅電解液取自白銀有色集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“白銀有色”)電解車間,將電解液密封保存放置一周,保證添加劑失效,銅電解液主要由銅、砷、銻、鉍、鎳、鐵、鋅等離子以及硫酸分子構(gòu)成,其濃度如表1所示。

表1 電解液主要成分 mol/L

開(kāi)始磁化實(shí)驗(yàn)時(shí),需量取500 mL 的電解液注入貯液槽,然后啟動(dòng)循環(huán)泵,通過(guò)閥門調(diào)控流速至設(shè)定速度,銅電解液由貯液槽以設(shè)定流速通過(guò)強(qiáng)磁裝置,進(jìn)行磁化銅電解實(shí)驗(yàn)。 本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的流速依次為0 m/s、0.3 m/s、0.6 m/s、0.9 m/s 和1.2 m/s。 設(shè)定的磁化時(shí)間依次為0 s、0.25 s、0.5 s、1.25 s 以及1.5 s。磁化過(guò)程完成后,將電解液取出放置于燒杯中加熱至90 ℃進(jìn)行蒸發(fā),蒸發(fā)1 h 后關(guān)閉加熱盤自然冷卻36 h,同時(shí)測(cè)量電解液的初始體積與剩余體積以及結(jié)晶物重量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件:銅電解液流速0.3 m/s,磁化時(shí)間1.5 h,蒸發(fā)溫度90 ℃。 分別設(shè)置磁場(chǎng)強(qiáng)度為0 T、1 T、2 T、3 T,考察其對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。 由圖2可以看出,磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響比較明顯。 銅電解液蒸發(fā)率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加,在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0 T 時(shí),即電解液未經(jīng)過(guò)磁化直接進(jìn)行加熱蒸發(fā),蒸發(fā)率為68% ;當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 T,蒸發(fā)率達(dá)到70.5%;當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為2 T 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到79.6%;當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極大值,為87%。 因此,確定銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T。

圖2 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響

2.2 磁化時(shí)間與磁化流速對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T,磁化流速為0.3 m/s,蒸發(fā)溫度為90 ℃。 分別設(shè)置磁化時(shí)間為0 h、0.25 h、0.5 h、0.75 h、1.0 h、1.25 h、1.5 h,考察磁化時(shí)間對(duì)銅電解液蒸發(fā)率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3(a)所示。

與上述實(shí)驗(yàn)步驟相同,其他實(shí)驗(yàn)條件不變,分別改變磁化流速為0.6 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s,考察磁化流速對(duì)銅電解液蒸發(fā)率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3(b) ～(d)所示。

圖3 強(qiáng)磁場(chǎng)條件下磁化時(shí)間和磁化流速對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響

由圖3(a)可以看出,磁化時(shí)間對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響比較明顯。 在磁化流速為0.3 m/s 的條件下,磁化時(shí)間t為0 時(shí),即電解液未經(jīng)過(guò)磁化直接進(jìn)行加熱蒸發(fā),蒸發(fā)率為68%;磁化時(shí)間為0.5 h,蒸發(fā)率降低至55%;隨著磁化時(shí)間的不斷延長(zhǎng),電解液的蒸發(fā)率逐漸增大,當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極大值87.5%。

結(jié)合圖3(b) ～(d)可以看出,磁化流速對(duì)銅電解液蒸發(fā)過(guò)程的影響比較明顯。 當(dāng)磁化流速為0.6 m/s 時(shí),電解液的蒸發(fā)率隨著磁化時(shí)間的增加而增加,當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極大值,為82%;當(dāng)磁化流速為0.9 m/s 時(shí),電解液的蒸發(fā)率隨著磁化時(shí)間的增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 s,電解液的蒸發(fā)率與未經(jīng)磁化的電解液的蒸發(fā)率相同,為68%;當(dāng)電解液的流速為1.2 m/s 時(shí),電解液蒸發(fā)率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與流速為0.9 m/s 的趨勢(shì)相同,不同的是,當(dāng)電解液的磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),電解液的蒸發(fā)率為64%,小于未經(jīng)磁化時(shí)電解液的蒸發(fā)率。

綜上所述,當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí),不同的磁化時(shí)間與磁化流速時(shí)對(duì)電解液蒸發(fā)率的影響不同,流速越小,磁化時(shí)間越長(zhǎng),越有利于電解液的蒸發(fā)過(guò)程,當(dāng)流速超過(guò)0.9 m/s 時(shí),磁場(chǎng)會(huì)抑制電解液的蒸發(fā)過(guò)程。 即磁場(chǎng)促進(jìn)電解液蒸發(fā)過(guò)程的最佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度3 T,流速為0.3 m/s,磁化時(shí)間為1.5 h。

2.3 磁化時(shí)間與磁化流速對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T,磁化流速0.3 m/s,蒸發(fā)溫度90 ℃。 分別設(shè)置磁化時(shí)間為0 h、0.25 h、0.5 h、0.75 h、1.0 h、1.25 h、1.5 h,考察磁化時(shí)間對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4(a)所示。

與上述實(shí)驗(yàn)步驟相同,其他實(shí)驗(yàn)條件不變,分別改變磁化流速為0.6 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s,考察磁化流速對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4(b) ～(d)所示。

由圖4(a)可以看出,銅電解液冷卻過(guò)程蒸發(fā)率與銅電解液加熱過(guò)程時(shí)蒸發(fā)率的變化趨勢(shì)相同。 在磁化時(shí)間t為0 時(shí),電解液的蒸發(fā)率為81%;當(dāng)磁化時(shí)間為0.5 h,蒸發(fā)率降低至63%;隨著磁化時(shí)間的不斷延長(zhǎng),電解液的蒸發(fā)率逐漸增大,當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極大值,為86%。

結(jié)合圖4(b) ～(d)可以看出,不同磁化流速對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響明顯。 當(dāng)磁化流速為0.6 m/s 時(shí),電解液的蒸發(fā)率隨著磁化時(shí)間的增加而降低,磁化時(shí)間為1 h 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極小值,為71%;當(dāng)磁化流速為0.9 m/s 時(shí),電解液冷卻過(guò)程的蒸發(fā)率隨著磁化時(shí)間的增加而逐步降低,磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),電解液的蒸發(fā)率達(dá)到極小值,為73%;當(dāng)電解液的流速為1.2 m/s 時(shí),磁化時(shí)間為0 ～1 h 范圍內(nèi),電解液的蒸發(fā)率的變化不大,但磁化時(shí)間在1 ～1.5 h 范圍內(nèi)時(shí),電解液的蒸發(fā)率出現(xiàn)驟然下降的趨勢(shì),小于未經(jīng)磁化時(shí)電解液的蒸發(fā)率。

圖4 強(qiáng)磁場(chǎng)條件下磁化時(shí)間和磁化流速對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響

綜上所述,施加磁場(chǎng)后,在銅電解液冷卻過(guò)程中,銅電解液的蒸發(fā)率出現(xiàn)不同程度的降低,但在不同磁化流速條件下,磁化時(shí)間對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響不同。 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí),磁場(chǎng)的存在只在小范圍內(nèi)促進(jìn)電解液冷卻過(guò)程的蒸發(fā)。 即磁場(chǎng)促進(jìn)電解液冷卻過(guò)程的最佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T,流速為0.3 m/s,磁化時(shí)間為1.25 ～1.5 h,超過(guò)這個(gè)范圍,磁場(chǎng)的存在總體上抑制電解液冷卻過(guò)程的進(jìn)行。

2.4 磁化時(shí)間對(duì)銅電解液結(jié)晶過(guò)程的影響

控制實(shí)驗(yàn)條件:磁場(chǎng)強(qiáng)度3 T,磁化流速0.3 m/s,蒸發(fā)溫度90 ℃。 分別設(shè)置磁化時(shí)間為0 h、0.25 h、0.5 h、0.75 h、1.0 h、1.25 h、1.5 h,考察磁化時(shí)間對(duì)銅電解液結(jié)晶量的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5(a)所示。

與上述實(shí)驗(yàn)步驟相同,其他實(shí)驗(yàn)條件不變,分別改變磁化流速為0.6 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s,考察磁化流速對(duì)銅電解液冷卻過(guò)程的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5(b) ～(d)所示。

圖5 強(qiáng)磁場(chǎng)條件下磁化時(shí)間和磁化流速對(duì)銅電解液結(jié)晶量的影響

由圖5(a)可以看出,磁化時(shí)間對(duì)銅電解液結(jié)晶量的影響比較明顯。 磁化時(shí)間t為0 ～0.5 h 時(shí),磁場(chǎng)的存在降低了結(jié)晶物的質(zhì)量;磁化時(shí)間為1 ～1.5 h時(shí),磁場(chǎng)促進(jìn)了銅電解液結(jié)晶過(guò)程,結(jié)晶物的質(zhì)量增加了13 ～15 g。

由圖5(b) ～(d)可以看出,不同磁化流速對(duì)銅電解液結(jié)晶量的影響比較明顯。 磁化流速為0.6 m/s 時(shí),結(jié)晶物的質(zhì)量隨著磁化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步減少,當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),電解液中結(jié)晶物的質(zhì)量由初始的75 g 降低至59 g;當(dāng)磁化流速為0.9 和1.2 m/s 時(shí),電解液結(jié)晶過(guò)程中結(jié)晶物的質(zhì)量隨著磁化時(shí)間的增加出現(xiàn)先降后增的趨勢(shì),當(dāng)磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),結(jié)晶物的質(zhì)量均達(dá)到極大值,分別為78 g 與82 g。

綜上所述,在不同磁化流速條件下,磁化時(shí)間對(duì)銅電解液結(jié)晶過(guò)程的影響不同。 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí),磁場(chǎng)的存在只在小范圍內(nèi)可以促進(jìn)電解液的結(jié)晶過(guò)程。 即磁場(chǎng)促進(jìn)電解液結(jié)晶過(guò)程的最佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T,流速為0.3 m/s,磁化時(shí)間為1.5 h。這與磁場(chǎng)促進(jìn)電解液蒸發(fā)過(guò)程的最佳參數(shù)一致,這也說(shuō)明磁場(chǎng)通過(guò)促進(jìn)電解的蒸發(fā)過(guò)程來(lái)促進(jìn)電解液的結(jié)晶過(guò)程。

3 強(qiáng)磁場(chǎng)協(xié)同作用于銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程的機(jī)理分析

一定條件下,當(dāng)銅電解液經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),在水平磁感線作用下,水分子由于抗磁性會(huì)受到磁場(chǎng)梯度力的作用[9],其中磁場(chǎng)梯度力可表示為式(1);外場(chǎng)作用下單位體積內(nèi)的自由能表示為式(2);經(jīng)典電磁學(xué)單位體積內(nèi)的能量表示為式(3)。

式(1) ～(3)中:E(z)為離子的磁能;χ為摩爾磁化率;n為離子的摩爾數(shù);H(z)是位于位置z磁感應(yīng)強(qiáng)度;F(T,P)、F0(T,P)分別為有外場(chǎng)作用下和無(wú)外場(chǎng)作用下單位體積的自由能;dE/dV是單位體積內(nèi)的能量變化;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;ε0為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);μ0為常數(shù);E為能量。

由式(1) ～(3)可以看出,強(qiáng)磁場(chǎng)作用下,由于磁場(chǎng)梯度力的作用,單位體積銅電解液的自由能增加,并且單位體積內(nèi)的能量隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加,因此,磁場(chǎng)可強(qiáng)化銅電解液的蒸發(fā)過(guò)程,正如圖2所示,銅電解液蒸發(fā)率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。 同時(shí),磁場(chǎng)能在液體中會(huì)引起附加磁矩,從而產(chǎn)生附加磁場(chǎng)和附加能量,這些附加量的綜合作用會(huì)提高電解液的體系能量[9]。 最終增強(qiáng)了電解液的蒸發(fā)結(jié)晶。 另外,電解液經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)后,由于磁場(chǎng)會(huì)與溶液發(fā)生共振,當(dāng)磁場(chǎng)頻率達(dá)到電解液的共振頻率時(shí),強(qiáng)磁場(chǎng)的能量將被電解液中的分子瞬時(shí)吸收,硫酸鹽以及硫酸分子的活性均達(dá)到最大值,表達(dá)式見(jiàn)式(4)。

當(dāng)恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度與銅電解液中分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)發(fā)生共振時(shí),強(qiáng)磁場(chǎng)頻率的振動(dòng)模式會(huì)達(dá)到極限值,磁場(chǎng)波動(dòng)平均值見(jiàn)(5)式。 正常情況下,α(0)以頻率ω波動(dòng)。 強(qiáng)磁場(chǎng)條件下,當(dāng)GRB＞2kβμTa,波動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生一系列變化,主要以(6)式為依據(jù)進(jìn)行變化。

式(5) ～(6)中:〈a(t)+a(t)〉〈α(t)+|α(t)〉為強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的平均量子,表示磁場(chǎng)波動(dòng)的平均值隨時(shí)間變化的情況;t為時(shí)間;ω為分子頻率;μ為相對(duì)磁導(dǎo)率;γ2為耦合項(xiàng);G為增益系數(shù)。

因此,電解液與磁場(chǎng)發(fā)生共振時(shí),磁場(chǎng)波動(dòng)平均值與強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的平均量子數(shù)與時(shí)間成正比,時(shí)間越長(zhǎng),共振模式越強(qiáng),在一定時(shí)間內(nèi),當(dāng)波動(dòng)頻率達(dá)到一致或接近時(shí)將發(fā)生共振效應(yīng)。

綜上所述,強(qiáng)磁場(chǎng)作用下,電解液在力、磁、能以及共振的協(xié)同作用下促使體系能量和蒸發(fā)率增加,所以當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 T、流速為0.3 m/s、磁化時(shí)間為1.5 h 時(shí),受磁場(chǎng)梯度力的作用,水分子的能量增加;同時(shí),恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度與銅電解液中分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)發(fā)生共振,硫酸鹽以及硫酸分子的活性增加,強(qiáng)磁場(chǎng)頻率的振動(dòng)模式會(huì)達(dá)到極限值,電解液的蒸發(fā)結(jié)晶程度達(dá)到極大值。 但是流速太快,電解液與磁場(chǎng)的接觸時(shí)間越少,發(fā)生共振的機(jī)會(huì)越少,所以流速越大,電解液的蒸發(fā)結(jié)晶程度越小。

4 磁場(chǎng)強(qiáng)化銅電解液結(jié)晶對(duì)陰極銅生產(chǎn)過(guò)程的影響

近年來(lái),銅冶煉廠配入的低品質(zhì)雜礦較多,導(dǎo)致入爐物料含雜較高,部分銅精礦中鉛和鋅的含量超過(guò)10%以上,致使粗銅產(chǎn)品雜質(zhì)含量上升。 另外,生產(chǎn)企業(yè)處理固體粗銅品種較多,包括鉛粗銅、鉛黑銅、外購(gòu)粗銅和外購(gòu)陽(yáng)極等,這些成分復(fù)雜的外來(lái)粗銅品質(zhì)不一,給轉(zhuǎn)爐操作控制帶來(lái)了困難。 以上兩個(gè)因素疊加,使得陽(yáng)極銅工序的脫雜操作壓力越來(lái)越大。 銅電解液的雜質(zhì)含量過(guò)大,會(huì)增加電解液的電阻、密度和黏度,阻礙陽(yáng)極泥的沉降和Cu2+的遷移,致使陽(yáng)極溶解的不均勻性和電解液懸浮物的含量增加,促使電解液中Cu2+的濃度增加,造成濃差極化,從而影響電銅的質(zhì)量,增加了陰極銅長(zhǎng)粒子的機(jī)會(huì),長(zhǎng)粒子嚴(yán)重的陰極銅中雜質(zhì)離子含量超標(biāo)。因此,促進(jìn)銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程,降低電解液中的Cu2+濃度有利于降低濃差極化,提升陰極銅質(zhì)量。白銀有色在實(shí)際生產(chǎn)中,根據(jù)企業(yè)自身電解液成分得到的磁化較佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度3T、流速0.3 m/s、磁化時(shí)間1.5 h。

5 結(jié)論

針對(duì)銅電解精煉工藝中Cu2+濃度難以處于生產(chǎn)要求范圍的問(wèn)題,本文對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)下電解液的蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻過(guò)程對(duì)結(jié)晶物質(zhì)量的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),分析強(qiáng)磁場(chǎng)作用下磁化時(shí)間和流速對(duì)銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶的影響,得出了以下結(jié)論。

1)強(qiáng)磁場(chǎng)協(xié)同作用于銅電解液時(shí),恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度與銅電解液中分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)會(huì)發(fā)生共振,并達(dá)到極限值,促進(jìn)電解液的蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻,而且流速越小、磁化時(shí)間越長(zhǎng),越有利于電解液蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻。

2)蒸發(fā)結(jié)晶的最佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度3 T、流速0.3 m/s、磁化時(shí)間1.5 h,在此條件下,電解液的蒸發(fā)率增加14%;冷卻的最佳參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度3 T、流速0.3 m/s、磁化時(shí)間1.5 h,在此條件下,電解液冷卻過(guò)程的蒸發(fā)率增加5%,結(jié)晶物質(zhì)量增加19.73%。

3)磁場(chǎng)強(qiáng)化銅電解液蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程可顯著提高電解液凈化效率,降低電積脫銅脫雜電耗,這將有助于減輕銅電解過(guò)程的濃差極化,促使銅電解液銅酸比例處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),提高陰極銅質(zhì)量,降低銅電解過(guò)程的能耗。