提高電積系統脫雜能力生產實踐

曹昌盛，董 博，柯新安

(大冶有色金屬股份有限公司，湖北黃石 435005)

1 引言

銅電解精煉是將銅品位在98.5%～99.6%的陽極板通過電化學反應進一步提純，以獲得品位高于99.99%的陰極銅。為了保證陰極銅的質量，提高高純陰極銅的產出率，其中最重要的一條措施就是控制電解液中的雜質含量，電解液中的雜質主要分為2種，一種是固體狀的懸浮物，一種是游離狀的雜質離子。固體狀的懸浮物在電解液循環過程容易粘附在陰極表面，造成板面粗糙，引起陰極銅質量下滑，一般采用自沉降和板框過濾的方法去除;而游離狀的雜質離子，例如As、Sb、Bi等，其標準電積電位與銅接近，當濃度到達一定值時，可能放電析出，在陰極表面形成結晶中心，降低陰極銅結晶質量，一般采用電積脫雜的方法去除［1-2］。

電解生產中，存在陰極銅的返溶現象，電解液中的銅離子呈上升趨勢，電積系統以不溶性鉛合金板作陽極，銅片為陰極，兼具脫銅和脫As、Sb、Bi的作用。不溶性陽極電積脫雜工藝一般有間斷脫銅脫砷電積法、周期反向電流電積法、極限電流密度電積法、連續脫銅脫砷電積法等［3］。為了提高電積系統的脫雜效率，降低直流電單耗、減少AsH3劇毒氣體的產生，各大銅冶煉廠家都根據自身實際情況采取了不同的工藝。

大冶有色金屬集團控股有限公司冶煉廠電解一車間年產20萬t陰極銅，陽極板帶入電解液中的As超過200t/a，電積系統日處理電解液150～180m3，分成獨立的2段，一段生產電積銅，二段脫雜，通過在二段完善誘導連續脫雜工藝，采用終液灌槽，調整電流密度、電解液流量等工藝，在保證終液含銅≤1g/L前提下，增加了黑銅粉產量，提高了脫雜效率，降低了直流電單耗，為生產系統陰極銅生產提供了有利保障，取得了顯著的經濟效益。

2 試驗部分

2.1 穩定性研究

在完善誘導法工藝之前，首先要保證連續脫銅工藝的穩定。系統出液量按180～220m3/d控制，到達一段生產電積銅，脫銅后液轉至二段，銅含量控制在18～22g/L。二段分為4組，每組6個電解槽，進行連續脫銅脫雜，為了實現誘導法，必須維持工藝穩定，保證每槽電解液銅含量在一定范圍。

從圖1取樣點示意圖及3次取樣結果趨勢圖可以看出，7個取樣點銅含量基本穩定，出液口也就是終液含銅都低于1g/L，經過對電流、流量的合理配比，3次工藝調整之后，數據回歸效果較好，銅離子濃度變化基本成一條斜線，可以進行下一步試驗。

2.2 誘導法脫銅脫雜工藝調整

據文獻報道，當銅離子濃度在2～5g/L時［3］，脫As效果較好。在前面連續脫銅工藝穩定基礎之上，在第④個取樣點進行輔給液試驗，提高銅離子濃度，并調整輔給液器流量和電流，保證終液含銅小于1g/L。

圖2是在第④取樣點輔給液之后各取樣點銅離子濃度變化趨勢圖，從中可以看出，輔給液之后，第⑤取樣點銅離子濃度上升到了5.46g/L，高于第④取樣點的4.41g/L，終液含銅0.91g/L，低于1g/L，也就保證了在第 4#、5#、6#、7#電解槽內銅離子濃度均在2～5g/L，明顯擴到了脫雜范圍。圖3是第④取樣點輔給液之后終液含銅趨勢圖，從中可以看出，終液含銅穩定控制在1g/L以下，無一次超標。

圖1 取樣點示意圖及3次取樣結果趨勢圖

圖2 第④取樣點輔給液銅離子濃度變化趨勢圖

圖3 第④取樣點輔給液終液含銅趨勢圖

3 結果與討論

3.1 黑銅粉產量及雜質脫除率

表1是誘導法改造前后6個月份黑銅粉產量統計，從中可以看出，添加輔給液器之后，黑銅粉產量明顯提高，平均值由50.73t提高到了69.65t，增幅約37%，主要原因是采用輔給液器和終液返灌之后，終液含銅得到更好的控制，可以進一步提高電解液的處理量和提升電流密度。

表1 誘導法改造前后黑銅粉產量月統計

表2是黑銅粉中As、Sb、Bi的平均含量，從中可以看出 As含量要明顯高于 Sb、Bi，分別為24.63%、2.2%、0.43%，與電解液中 As、Sb、Bi平均含量12g/L、1g/L、0.13g/L 相符合。

表2 黑銅粉中As、Sb、Bi含量

綜合表1、表2，采用公式:黑銅粉中各雜質總量=黑銅粉中各雜質所占比例×黑銅粉總產量，各雜質脫除率=黑銅粉中各雜質總量/處理電解液中各雜質初始總量，截取誘導法改造前后1個月數據:總處理電解液體積、初始電解液中As、Sb、Bi的平均濃度，可以得出表3誘導法改造前后各雜質脫除率，從中可以看出，改造前As、Sb、Bi的平均脫除率分別為21.85%、25.52%、37.30%，改造后平均值為24.6%、27.92%、40.3%，脫除率分別提升了12.58%、9.4%、8.1%，總體提升率約10%。

表3 誘導法改造前后雜質脫除率

3.2 電單耗

按化學反應式As5++5e→As，可以計算出As的電化學當量為0.56 g/c，根據公式:直流電單耗=1000×槽電壓/電化學當量/電流效率，可以計算出黑銅粉的直流電單耗。

表4 誘導法改造前后二段脫雜直流電單耗

采用誘導法脫銅脫雜工藝之后，由于較好地控制了后期AsH3的產生，平均槽電壓由2.2V下降到了2V，根據表2黑銅粉化驗單，按 Cu72.74%，As27.26%，電流效率90%考慮，根據公式 W=1000V/1.1852/0.90×72.74%+1000V/0.56/0.90×27.26%，可以計算出黑銅粉直流電單耗由2690 kW·h/t下降到了2446 kW·h/t。

實際生產中由于二段電積同時有黑銅板和黑銅粉產生，槽壓、電量無法分開，考慮到黑銅板，則銅含量占整個黑銅的比例約為91%，槽壓由2.2V降低到2.0V，二段總體直流電單耗由2270 kW·h/t下降到了2063 kW·h/t

4 結論

在電積連續脫銅脫雜工藝基礎之上增加輔給液器，適當提高Cu離子濃度，實現誘導法脫雜。終液含銅穩定，增加了黑銅粉的產量，提高了脫雜效率，降低了直流電單耗。

(1)通過連續取樣分析，終液含銅穩定控制在1g/L以下;

(2)銅粉產量明顯提高，平均值由50.73t/月提高到了69.65t/月，增幅約37%;

(3)As、Sb、Bi的平均脫除率分別從21.85%、25.52%、37.30%提高到了 24.6%、27.92%、40.3%，提升了12.58%、9.4%、8.1%，總體提升率約10%。

(4)單槽槽壓由2.2V降低到了2.0V，二段總體直流電單耗由2270 kW·h/t下降到了2063 kW·h/t。

［1］陳白珍.銅電積過程中砷的電化學行為［J］.中南工業大學學報，1997，28(4):347-350.

［2］仇勇海，唐仁衡，陳白珍.砷化氫析出電勢的探討［J］.中國有色金屬學報，2000，10(1):101-104.

［3］姚素平.誘導法脫砷技術在銅電解液凈化系統中的應用［J］.有色金屬(冶煉部分)，1996(1):11-16.

［4］吳維昌，馮洪清，吳開治，等.標準電極電位數據手冊［M］.北京:科學出版社，1991:27.

［5］朱元保.電化學數據手冊［M］.長沙:湖南科學技術出版社，1985:212.

［6］王學文，陳啟元，龍子平，等.銻在銅電解液凈化中的應用［J］. 中國有色金屬學報，2002，12(6):1277-1280.

［7］陳白珍，馬丹文.控制陰極電勢電積法脫銅砷［J］.中國有色金屬學報，1997，7(2):39-41.