垣曲冶煉廠電解凈液旋流工藝的生產實踐

李 元，張雪姣

（垣曲冶煉廠，山西 運城 043700）

垣曲冶煉廠于2011年4月進行了技術升級改造，改造工程采用“富氧底吹熔池熔煉—轉爐吹煉—陽極爐精煉—電解精煉—熔煉渣和吹煉爐渣選礦”。2014年2月進行試生產，目前垣曲冶煉廠電解車間有3部分，設計能力分別為2萬t、2.7萬t、7.6萬t。垣曲冶煉廠電解車間在銅電解精煉過程中，電解液中的銅及一些雜質如鎳（Ni）、砷（As）、銻（Sb）、鉍（Bi）等離子濃度會逐漸增加，各種添加劑的分解產物不斷積累。為保證電解液成分穩定、潔凈，必須定期、定量地抽出部分電解液進行凈化。垣曲冶煉廠電解凈液工藝采用“旋流電解生產標準陰極銅—電積銅及雜質—蒸空蒸發濃縮、冷凍結晶生產粗硫酸鎳的凈化流程”。

1 垣曲冶煉廠旋流電解生產標準陰極銅要求

垣曲冶煉廠旋流電解生產標準陰極銅要滿足國家標準（GB/T 467—2010）2號標準銅，國家陰極銅按化學成分分為A級銅（Cu-CATH-1）、1號標準銅（Cu-CATH-2）和2號標準銅（Cu-CATH-3）3個牌號。2號標準銅（Cu-CATH-3）化學成分見表1。

表1 2號標準銅（Cu-CATH-3）化學成分 %

2號標準銅（Cu-CATH-3）表面質量要求如下：

1）陰極銅表面應潔凈，無污泥、油污、電解殘渣等外來雜物。

2）陰極銅表面綠色附著物總面積不大于單面面積的1%。

3）因潮濕空氣的作用，使陰極銅表面氧化而生成一層暗綠色者不作廢品。

4）陰極銅表面及邊緣不得有呈花瓣狀或樹枝狀的結粒（允許修整）。

5）陰極銅表面高5 mm以上圓頭密集結粒的總面積不得大于單面面積的10%（允許修整）。

2 垣曲冶煉廠旋流電解生產工藝流程和主要技術指標

電解車間需要凈化的電解液用專用汽車送至凈液車間廢電解液儲槽，廢電解液由泵打到旋流電解儲槽后，再用泵將廢電解液以一定的速度送入旋流電解槽，經過兩段旋流電解，生產標準陰極銅。電解液進入二段誘導脫銅。二段誘導脫銅后液經真空蒸發后冷凍結晶生成粗硫酸鎳，結晶母液返回電解車間。

2.1 旋流電解生產工藝流程圖（見圖1）

圖1 旋流電解生產工藝流程

2.2 旋流電解生產工藝2019年1月—8月主要技術指標（見表2）

表2 旋流電解生產工藝2019年1月—8月主要技術指標

3 電解車間凈化電解液的成分和旋流電解生產陰極銅化學成分

3.1 電解車間生產系統電解液雜質情況（見表3）

表3 電解車間生產系統電解液雜質情況 mg/L

3.2 旋流電解生產系統所用工序料液雜質情況（見表4）

表4 旋流電解生產系統所用工序料液雜質情況 mg/L

3.3 旋流電解生產陰極銅化學成分（見表5）

表5 旋流電解生產陰極銅化學成分 %

4 垣曲冶煉廠旋流電解生產工藝存在的問題

1）旋流電解生產的陰極銅質量不穩定，經常在陰極銅表面發現有粒子和白色附著物。

2）旋流電解生產的陰極銅質量主品位基本達不到要求，雜質超標，主要是As、Bi、Sb等元素超標。

3）處理凈化電解液的能力不夠，滿足不了電解凈液的要求，影響電解車間的陰極銅質量。

4）生產的粗硫酸鎳水分超標，滿足不了銷售的要求。

5 對垣曲冶煉廠旋流電解生產工藝采取的措施

1）加強培訓，提高工人操作水平。針對旋流電解生產工藝中存在的問題，由集團公司生產部組織垣曲冶煉廠和侯馬北銅公司專業技術人員到金川集團公司、貴溪冶煉廠、大冶有色冶煉廠和中原黃金冶煉廠進行考察學習，學習其他單位的先進技術和管理水平，提高專業技術人員的綜合素質。針對存在的問題進行交流，提出整改措施。

2）控制好電解車間凈化電解液的成分。電解車間要及時、均勻地凈化電解液，電解液中鎳和砷含量達到一定含量，首先考慮影響陰極銅的質量，不是增加成本問題，保證電解液的成分是生產合格陰極銅的基礎。

3）原有設計反應釜的蒸發能力不夠，改造兩臺預冷反應釜和新增兩臺反應釜，滿足反應釜的蒸發能力，從而提高電解車間凈化電解液的能力和提升粗硫酸鎳的產量。同時，改變硫酸鎳的過濾方式，增加5臺真空吸濾盤，提高粗硫酸鎳的質量，粗硫酸鎳水分由21%降至8%。

4）強化電解液的凈化。利用原有的兩臺壓濾機凈化電解液，一臺壓濾機過濾廢電解液儲槽和旋流一段電解液，另一臺壓濾機過濾旋流二段電解液和其他廢液。通過凈液，降低雜質含量，減少粒子的形成，減少職工勞動強度，保證陰極銅質量。

5）嚴格按照技術操作規程調整旋流電解一段、旋流電解二段的技術參數、電流密度和電解液循環量，并且調整添加劑的加入量，加強陰極銅燙洗操作管理。

6）改變陰極銅的泡洗方式。由于洗銅水無處排放，初始設計是將洗銅水排放到旋流電解槽下，然后通過泵打入系統中，這樣會造成系統中電解液被再次污染的問題。洗銅水不經常更換，吸附在陰極銅表面，使得硫酸銅和陽極泥清洗不徹底，嚴重影響陰極銅的化學品位和物理規格。通過改造，將在槽下地坑泵上加一道旁通管道，將放下的洗銅水直接打入誘導脫銅進行處理。

7）旋流電解生產過程中雜質不斷累積、沉淀，造成循環系統槽罐內有大量雜質沉淀到槽罐底部，而且旋流電解循環輸送泵從槽罐底部抽液輸送循環，所以在循環時會把大量沉淀的雜質輸送到旋流電解槽內，造成其在生產過程中吸附在陰極銅中，使旋流電解陰極銅雜質元素超標。采取的措施是強化清理沖洗旋流電解一、二段循環儲槽，以及大流量沖洗旋流電解槽；旋流電解循環槽罐的改造，改變一段、二段電解液輸送泵在槽罐底部抽液，杜決槽罐底部的雜質進入生產系統。

8）旋流生產二段誘導脫銅有12個電解槽，脫砷效率只有30%～40%。目前，通過改造增加8個電解槽，調整二段誘導脫銅生產技術指標，電流密度為200～260 A/m2, 槽電壓1.8～2.5 V，銅極中心距110～130 mm，電解槽溫度50～55℃，同時，增加主、副液控制點，精確控制銅砷比；調整循環量，準確控制流量。通過技術改造，脫砷效率達到60%～80%。

9）旋流生產二段誘導脫銅在每期出銅時，經常出現鉛陽極有彎曲現象，形成短路，影響電流效率和脫砷率，要求對鉛陽極進行矯直處理，保持下槽鉛陽極垂直偏差不超過±6 mm，在裝槽前對始極片進行拍片平整處理，保持下槽始極片垂直偏差不超過±2 mm。同時，及時緊固母線排和清理接觸點。在出裝作業時，對接觸點和母線排進行清理，要求接觸點用電解液沖洗，導電排要用鋼絲刷刷去結晶，導電棒煮洗，保持導電性良好，提高電流效率和脫砷率[1]。

6 改造后旋流電解生產陰極銅化學成分（見表6）

表6 改造后的旋流電解生產陰極銅化學成分 %

7 結論

根據垣曲冶煉廠旋流電解兩年多的生產實踐，針對生產工藝和陰極銅質量問題，采取有效措施，電解凈液量由50 m3/d增加到100 m3/d，粗硫酸鎳產量由25 t/30 d增加到35 t/30 d，粗硫酸鎳水分含量由21%降至8%。過濾凈化電解液，減少陰極銅表面粒子，提高陰極銅的質量，達到了2號標準銅（Cu-CATH-3）的標準。