從銅廢電解液中高效提升銅直收率的工藝實(shí)踐

丁成芳，楊家庭，杜耀春，張劉強(qiáng)，蘇思濤

（祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽(yáng)谷 252327）

1 引言

在銅電解精煉過(guò)程中，電解液中銅離子濃度和雜質(zhì)離子都在不斷上升，為保障電解液循環(huán)使用，必須將電解液中的銅、酸及雜質(zhì)離子控制在一定的范圍之內(nèi)，來(lái)保證A級(jí)銅的質(zhì)量品位。凈液工序是以開(kāi)路方式對(duì)廢電解液的銅、酸等濃度進(jìn)行調(diào)整控制，來(lái)保證整個(gè)銅電解工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。銅電解凈液工藝方法有很多，目前大多采用傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅、電積脫銅、旋流電積脫銅、平行流電積脫銅［1-2］等。

祥光銅業(yè)年產(chǎn)50萬(wàn)t陰極銅項(xiàng)目分為兩期，一期20萬(wàn)t陰極銅系統(tǒng)和二期30萬(wàn)t陰極銅系統(tǒng)。凈液工序也分兩套，一期凈液工序和二期凈液工序。原有一期凈液工序主要進(jìn)行濃縮結(jié)晶，生產(chǎn)五水硫酸銅，同時(shí)進(jìn)行電積脫銅、脫雜，部分脫銅終液返回一期電解，部分脫銅終液濃縮生產(chǎn)硫酸鎳。二期凈液工序主要進(jìn)行電積一次脫銅和電積二次脫銅、脫雜，二次脫銅終液部分返回二期電解系統(tǒng)，部分二次脫銅終液進(jìn)入一期凈液工序進(jìn)行濃縮生產(chǎn)硫酸鎳。該工藝中部分銅進(jìn)入五水硫酸銅和純度不高的電積銅進(jìn)行銷售和轉(zhuǎn)入精煉車間進(jìn)行火法冶煉成銅陽(yáng)極板。

結(jié)合目前祥光銅業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝實(shí)踐，對(duì)部分凈液工藝進(jìn)行改造優(yōu)化，以產(chǎn)出合格的A級(jí)銅和銅粉來(lái)提升高純銅的直收率和降低稀貴浸出作業(yè)輔料銅粉的采購(gòu)成本。

2 改造依據(jù)及改造方案

2.1 改造依據(jù)

五水硫酸銅含有雜質(zhì)，銷售利潤(rùn)較低，市場(chǎng)行情不好時(shí)存在積壓情況；同時(shí)凈液工段是通過(guò)濃縮結(jié)晶產(chǎn)出五水硫酸銅，蒸汽量消耗大、能耗高。前期在煙灰工序進(jìn)行五水硫酸銅重溶電積生產(chǎn)A級(jí)銅試驗(yàn)，并進(jìn)行了充分實(shí)踐［3］，在此基礎(chǔ)上對(duì)電解車間凈液工序進(jìn)行了進(jìn)一步工藝改造。

本次工藝改造的原料為一期凈液脫銅終液和二期一次脫銅終液，其成分如表1所示。

表1 脫銅終液相關(guān)元素成分 g/L

2.2 改造產(chǎn)品

將原來(lái)一期五水硫酸銅副產(chǎn)品和二期凈液二次脫銅電積銅共同改造成脫銅電積作業(yè)，產(chǎn)出A級(jí)銅產(chǎn)品，將二期脫雜工序部分電積脫雜產(chǎn)出電積銅工藝改造成銅粉生產(chǎn)工藝［4-6］；經(jīng)過(guò)改造后得到5200t A級(jí)銅和200t左右銅粉。

2.3 原來(lái)工藝流程與改造后工藝流程

將一期凈液工序原有的硫酸銅濃縮結(jié)晶產(chǎn)五水硫酸銅工藝取消，保留電積脫銅、脫雜以及濃縮產(chǎn)出硫酸鎳工藝；將二期二次脫銅和脫雜工藝改為二次電積脫銅產(chǎn)A級(jí)銅和銅粉工藝以及脫雜工藝；將二期二次脫銅產(chǎn)電積銅殘極陰極換成不銹鋼陰極板和鈦板產(chǎn)出A級(jí)銅和銅粉，工藝管線和設(shè)備不做過(guò)多調(diào)整，主要對(duì)工藝運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

將一期脫銅終液和二期一次脫銅終液通過(guò)電解液泵輸送到二期原有的二次脫銅工序，通過(guò)高位槽直接給電解槽供液；采用中底部給液、槽面兩端溢流回液方式進(jìn)行電解液循環(huán)給液，經(jīng)過(guò)電積脫銅產(chǎn)出A級(jí)銅，在電積1～2h進(jìn)行刮粉產(chǎn)出銅粉，經(jīng)脫銅以后的電解液再電積脫雜產(chǎn)出電積銅、電積銅粒子和黑銅泥；產(chǎn)生的二次脫銅終液部分返回到二期電解系統(tǒng)，部分電解液打到一期凈液工序進(jìn)行濃縮回收硫酸鎳，最終的黑酸打入稀貴系統(tǒng)做浸出工序中酸浸氧化作業(yè)的稀硫酸輔料使用。

一期、二期凈液原工藝主要流程分別如圖1、圖2所示。

圖1 一期凈液工序原工藝流程圖

圖2 二期凈液工序原工藝流程圖

一期、二期改造后主要工藝流程分別如圖3、圖4所示。

圖3 一期凈液工序改造后工藝流程圖

圖4 二期凈液工序改造后工藝流程圖

2.4 工藝指標(biāo)與參數(shù)

利用一期脫銅終液和二期一次脫銅終液生產(chǎn)A級(jí)銅和銅粉主要工藝指標(biāo)和參數(shù)如表2所示。

表2 主要工藝指標(biāo)與參數(shù)

3 改造實(shí)踐

3.1 工藝生產(chǎn)運(yùn)行

該工藝改造利用原有工藝設(shè)備、設(shè)施，增加一臺(tái)剝片機(jī)組進(jìn)行陰極銅剝離，能基本滿足生產(chǎn)需求。

生產(chǎn)初期對(duì)一期和二期脫銅終液濃度進(jìn)行檢測(cè)，讓銅離子濃度維持在30～45g/L，根據(jù)生產(chǎn)需求，酸濃度基本控制在180g/L，槽面流量控制在25～50L/min·cell，運(yùn)行電流基本控制在9000～11000A，第一批陰極銅析出周期控制在10d出槽，第一批銅粉30min人工刮粉一次。產(chǎn)出的電解液輸送到后一步工序進(jìn)行電積脫銅和脫雜以及回收硫酸鎳產(chǎn)品。

3.2 工藝運(yùn)行中存在的問(wèn)題

改造運(yùn)行后，產(chǎn)出的陰極銅表面粒子較多，外觀質(zhì)量差，雜質(zhì)硫和鉛超標(biāo)，經(jīng)排查、分析主要有以下幾個(gè)原因，并進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。

（1）添加劑加入量控制不穩(wěn)定。改造時(shí)每天還是根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，添加一次添加劑進(jìn)行循環(huán)，導(dǎo)致添加量不均勻。對(duì)策：增加計(jì)量槽根據(jù)理論計(jì)算24 h連續(xù)添加。

（2）初始操作人員對(duì)工藝調(diào)整不熟練。該改造工藝生產(chǎn)人員是由原電解二期凈液人員轉(zhuǎn)崗而來(lái)，雖然都有電積生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但工藝調(diào)整后需要一段適應(yīng)期。對(duì)策：加強(qiáng)對(duì)工藝指標(biāo)細(xì)節(jié)管控，以及每天排出生產(chǎn)指令要求計(jì)劃表。

（3）陰極銅含鉛高。由于鉛陽(yáng)極板容易脫皮，雖然采用套袋隔膜電積，但時(shí)間長(zhǎng)了還會(huì)出現(xiàn)陰極銅含鉛高的情況。對(duì)策：對(duì)套袋完好性進(jìn)行定期檢查，并且定期對(duì)鉛陽(yáng)極做好清洗和校正。

（4）陰極銅含硫高。初始生產(chǎn)由于添加劑調(diào)節(jié)不穩(wěn)定和銅濃度控制出現(xiàn)較低的情況，電銅泡洗時(shí)間短，導(dǎo)致陰極銅含硫高。對(duì)策：改變添加劑的添加方式，現(xiàn)為24h循環(huán)添加，銅的濃度控制在30～45g/L，增加電銅的沖洗時(shí)間和改善沖洗角度。

（5）銅粉產(chǎn)出顆粒不均勻。初始生產(chǎn)銅粉按照30min刮粉一次導(dǎo)致顆粒不均勻。對(duì)策：延長(zhǎng)刮粉時(shí)間，1～2h刮粉一次，解決銅粉產(chǎn)出顆粒不均勻問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)1個(gè)月的生產(chǎn)摸索，在較好解決問(wèn)題的同時(shí)，上述問(wèn)題，陰極銅質(zhì)量也得到了明顯提升，板面變得致密、光滑，化學(xué)成分符合GB/T 467—2010陰極銅的標(biāo)準(zhǔn)要求，銅粉符合GB/T 5246—2007電解銅粉標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)出的陰極銅成分見(jiàn)表3，產(chǎn)出銅粉成分見(jiàn)表4。

表3 產(chǎn)出陰極銅成分 %

表4 產(chǎn)出銅粉成分 %

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

工藝改造后，每年減少8500t五水硫酸銅，可產(chǎn)出約2500tA級(jí)銅。其中，以前不純的電積銅有2700t轉(zhuǎn)化為A級(jí)銅，并產(chǎn)出銅粉200t。根據(jù)經(jīng)營(yíng)核算，每銷售1t五水硫酸銅公司損失1185元。年度經(jīng)濟(jì)效益核算見(jiàn)表5。

表5 年度經(jīng)濟(jì)效益核算

由表5可見(jiàn)，每年將8500t硫酸銅和2700t電積銅轉(zhuǎn)產(chǎn)為uA級(jí)銅和銅粉，可產(chǎn)生效益2894.17萬(wàn)元。由于祥光銅業(yè)蒸汽自產(chǎn)，因此實(shí)際產(chǎn)生1364.17萬(wàn)元直接經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)每年在原50萬(wàn)t陰極銅的基礎(chǔ)上最少增加1.1%高純銅產(chǎn)品直收率。

通過(guò)此項(xiàng)工藝改造，不僅可以解決電解生產(chǎn)中副產(chǎn)品庫(kù)存積壓、外售難、資金占?jí)骸⒏郊又档偷葐?wèn)題，還可以提高純銅的直收率、經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率，也為下道工序的稀貴工藝輔料自產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。