銅電解凈液工藝優化

占康樂，李俊標，鄒 賢

（銅陵有色金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244000）

在電解過程中，電解液中的銅和雜質離子的濃度會逐漸增加，如不加以去除，銅及雜質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、脫砷系統、硫酸鎳系統以及電解液循環和過濾系統等。提升凈液蒸發器處理能力，實現陽極泥浸出后液雜質充分脫除，優化電積槽面作業方式，有利于降低電解生產成本，是降低電解系統雜質含量的有效手段。

1 金隆公司凈液工序簡介

金隆公司目前陰極銅年產量46 萬噸，凈液工序由1 系統和2 系統組成，設計電解液凈化能力為600kt/a，2 套系統采用獨立的硅整流控制。

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

目前，凈液1 系統1 次脫銅為1、2、4 系列（生產合格電積銅），具體開動系列數可隨電解系統Cu2+濃度高低進行調控，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1～4 系列進行脫雜，脫雜后液返電解系統；余下部分2 次脫銅終液經列管式蒸發器濃縮、導流式離心機離心后（離心后液Cu2+濃度控制在20g/L 左右），泵入凈液2 系統進行脫雜，脫雜終液專供硫酸鎳生產。

2 所做的工作

2.1 提升電解液凈化量

目前國內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，為保證電解液雜質成分穩定，凈液脫雜能力需實現提升。

表1 陽極板雜質含量統計情況（ppm）

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

表2 電解主要元素統計數據

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 含量穩定在0.6g/L 以內，對應的每日凈液量應為：

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

依次計算Cu、As、Bi、Ni 對應的脫雜凈液量（見表3）。

表3 對應的脫雜凈液量

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 凈液量不匹配會導致電解系統Cu 失衡，需借助真空蒸發器實現電解液濃縮，采用帶式過濾機實現硫酸銅重溶返至電解系統。Bi 的脫雜凈液量VBi與Cu 的脫雜凈液量VCu差值越大，需對應的蒸發器處理能力越大。

原真空蒸發工序處理二次電積終液，蒸發后液經凈液2系統5-8 系列脫雜后，專供硫酸鎳工序生產。現將真空蒸發工序前移，直接處理電解液，提升CuSO4 重溶量、雜質元素富集量。

VBi–VCu=586-336=250m3/d。

若蒸發器處理母液為二次脫銅終液，則需要蒸發器處理量。

V二次脫銅終液=(250＊46)/(25＊0.6＊24)=32m3/h。

若蒸發器處理母液為電解液，則需要的蒸發器處理量。

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據（mg/L）

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

2.2 優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，直接外售計價系數低（按含銅量60%計價），旋流電積工藝生產電積銅能耗較高[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定，若雜質脫除不充分，引起電解液中懸浮物升高，嚴重影響陰極銅質量；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，影響電積槽面作業效率[5，6]。

對凈液1 系統進行改造，研究處理陽極泥浸出后液的最佳工藝條件，降低其對電解生產系統的影響，實現電積標準銅產量、質量的提升。

結合陽極泥浸出后液雜質元素的特點（見表4），研究陽極泥浸出后液在凈液的處理方式對生產系統、電積銅質量的影響，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產出標準電積銅，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脫銅再全部進入脫雜段返回電解系統。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 等雜質元素高的特點對電解系統的影響，采用方案三進行處理，同時增設陽極泥浸出后液中間過渡槽，均勻進入凈液系統[7]。

2.3 提升凈液脫雜效率

蒸發后液粘度大、比重高、溫度低，部分細顆粒硫酸銅結晶進入結晶母液中，造成儲槽硫酸銅結晶，在槽面流量較小時易發生管道內部結晶堵塞現象，嚴重時造成槽面斷流，當電積槽面流量過小時，脫雜槽面甚至會出現斷流現象，產生劇毒AsH3氣體。

采用夾套式儲罐進行離心后液加熱，在側部開有不銹鋼管通道，通以蒸汽實現對離心后液加熱，在罐內設置攪拌裝置，水冷槽內部設置盤管，在盤管內通蒸汽換熱效率更高，保溫效果更好，內部有攪拌槳，可有效防止底部硫酸銅結晶堵塞，穩定蒸發后液溫度[8]。

通過內循環方式加大循環量，將電積槽面始液與終液混合，采用泵實現強制內循環，進出電積槽的液量保持不變，循環量擴大了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 電積槽內循環方式

3 總結

蒸發器處理量提升后，解決了電解系統銅、雜質不匹配的問題，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，電銅質量不受影響。陽極泥浸出后液產出量約80～90m3/天，銅量1300 噸，旋流電積處理量35m3/天，外售50m3/天（計價系數為銅價的63.5%），避免外售銅損失。

通過內循環、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。