一種平衡銅電積生產系統中鐵離子的方法

楊明華

（江西自立環保科技有限公司，江西 撫州 341000）

隨著濕法冶金的發展，萃取有色金屬方法得到廣泛的運用，稀土萃取、貴金屬萃取、銅萃取、鈷鎳萃取等在處理低品位礦時具有很好的優勢。現在有很多企業采用“浸出—凈化—萃銅—電積”的方式處理含銅物料［1～3］。在生產實踐過程中發現銅萃取劑會不斷地被氧化甚至降解，在萃取銅的過程中對鐵離子的分配比不斷降低，由最初的2 000∶1可能降到200∶1甚至更低。這樣導致在生產過程中料液含鐵高時，通過反萃后的富銅液中含鐵增長很快［4，5］。

1 銅電積過程中鐵離子富集的影響

在銅電積過程中鐵離子高會在電積過程中不斷地在陰陽極還原氧化而耗費電，當鐵離子在電積液中富集到了一定濃度時，電效會成指數下降。同時鐵離子在電積液中氧化還原過程中對銅吊耳界面線也有一定的腐蝕作用，影響現場生產操作。

理論上銅電積液中鐵離子越低越好，但生產實踐中控制鐵離子越低其除鐵成本也就越高，所以控制銅電積液中的鐵離子濃度在一個合理的范圍內，以保證電積的過程中保持很高的電效，又能控制除鐵的生產成本。

現在大部分企業主要是通過定期將部分電積液返回浸出系統再用自來水配酸來稀釋電積液的鐵離子濃度和平衡體積。雖然這種方法比較簡單，但也導致大量電積液中的銅又進入浸出系統，間接增加了銅的生產成本和降低了銅的直收率。

2 高酸萃取除鐵方法

控制銅電積液中的鐵離子濃度在一個合理值在生產上具有積極的意義。用萃取法除鐵也有一些研究，采用P204或P507與N235復合萃取劑對含鐵料液進行萃取，且具有很高的萃鐵能力，但是這種復合的萃鐵方法前提條件均要求先中和料液中大部分的酸，這對于銅電解液中含的高酸情況下該方法是不太適合［6，7］。

現介紹一種采用P204萃取法直接萃取高酸銅電積液除去部分高酸銅電積液中的鐵，保持銅電積系統中鐵含量保持在一個合理的范圍的穩定生產方法。

該方法主要采用P204作為萃鐵萃取劑，結合鹽酸反萃，自來水洗滌，萃余液除油、反萃后液的廢鹽酸返浸出系統做酸劑使用。采用P204作為萃取劑主要是由于P204為酸性磷脂類萃取劑，結構穩定不易被氧化，在高酸的環境下對鐵有一定的萃取能力，對銅離子幾乎沒有萃取能力［6］。其工藝流程如圖1所示。

圖1 一種平衡銅電積液中鐵離子生產工藝流程圖

2.1 萃取料液過濾

由于銅電積過程為了獲得平整致密的銅板，會在電解液中添加少量的膠體物質，膠體在溶解過程中會有少量的膠由于溶解不充分而存在少量的膠體懸浮物，同時也存在少量的懸浮陽極泥，這些懸浮物容易在萃取過程中形成第三相影響萃取生產。在萃取之前對萃取料液進行過濾十分必要。這里的過濾采用板框壓濾兩次達到生產要求。

2.2 萃鐵

料液為電積銅中的電積后液，其中銅電積液中的鐵離子主要為三價鐵離子，二價鐵離子微量，由于電積過程中陽極釋放大量的氧氣使整個電解槽中液體幾乎都是在氧化氣氛中存在，其主要成分見表1。

表1 電積銅液主要成分含量 g／L

銅電積液的特點為含酸高，含硫酸為160～180 g／L，在高酸環境下萃取，P204對三價鐵離子有萃取能力但不強，對二價鐵離子、銅離子、鎳離子幾乎沒有萃取能力。而銅電積液中鐵離子控制在1 g／L以內，鐵離子對電積過程的電流效率影響很小。P204在不同的pH值下萃取金屬能力順序如圖2所示。

圖2 不同pH值下P204萃取金屬的順序

萃鐵量由銅電積液中帶入的量來確定，可以通過控制料液流量、開機時間來平衡系統的鐵離子含量。采用40%P204三級逆流萃取，油水相比為3∶1，萃取銅電積液后，萃鐵率達到50%，能夠滿足生產平衡鐵離子濃度要求。

2.3 反萃

由于三價鐵與P204生成的萃合物不十分穩定，降低pH不能將其反萃。需要使用含有能與被萃離子生成配合物的酸才能反萃。對此，科研人員研究了很多方法，對有機磷酸酸性萃取劑反鐵，也有過很多研究。采用EDTA絡合法，用鐵粉和硫酸還原法，用氟化銨法等都能有效地將有機相中的鐵反萃下來，但考慮生產成本和與生產配套的設備與工藝，這里選用大多數企業采用的傳統的鹽酸反鐵方式。

2.4 洗滌

由于銅電積過程中對氯離子要求比較高，電積液中氯含量高時容易在陰極銅上面覆著一層氯化亞銅白色沉淀物，導致產品出槽后很快氧化變黑，同時影響銅板的致密性及品位。在生產實踐中氯離子一般控制在50 mg／L以內，所以萃取的有機相要保證萃取劑中夾帶的氯離子要求很低。而萃取劑采用鹽酸反鐵，萃取劑中勢必會夾帶少量氯離子，由于反萃的鹽酸含氯離子太高，萃取劑夾帶的少量的氯離子進入電積系統也會有很大影響，所以生產上對反鐵后的有機相必須進行水洗處理。考慮洗滌效果，設計五級水洗。

2.5 萃余液除油

萃完鐵的萃余液要與電積液混合，而萃余液由于會有少量夾帶油分，而這些油分如果帶入電積過程中則導致銅板發黑影響產品質量。在萃余液與電積液混合前，對萃余液進行除油非常有必要。除油市場上有很多種，大部分集中在超聲波物理除油，活性炭吸附除油，這里采用對于有水包油的夾帶先采用凝聚球對水相破乳處理，再用聚潔芯將油分再次進行分離，分離后的水相中含油達到5 mg／L內，達到生產要求。

2.6 廢酸回用

廢酸綜合利用需跟企業整體的生產工藝相關，如果沒有配套的生產工藝，一般采用石灰中和法將廢酸中和掉。該工藝反萃后的廢酸中含有約4N鹽酸和三價鐵離子，4N鹽酸可以做浸出的酸劑，而鐵離子在浸出凈化過程中以氫氧化鐵或鐵礬的形式進渣除去。

3 結 論

1.P204萃鐵相關研究很多，而生產實踐過程中穩定生產是關鍵，不需要追求高的萃取能力，而生產實踐發現工藝成熟穩定的關鍵點主要是控制反鐵后有機中的氯，萃完鐵后的萃余液中油份的控制。這兩項有一項指標沒有控制好都會對電積銅生產系統產品質量有影響。通過采用三級逆流萃取兩級反鐵五級水洗構成了萃取除鐵的主要部分，再配合萃余液除油，進萃取前料液過濾，廢酸回用的工序，使整個除鐵系統能夠穩定地適應生產要求。根據電積系統每天帶入的鐵量，對應的設計萃鐵系統能平衡系統的鐵量，達到了生產要求即可。采用P204萃取法除鐵具有操作簡單，生產穩定性強，工藝適應性強，萃取劑成本低，投資少等優點。

2.生產過程中也會由于操作或其它原因導致除油后液中含油量超標或有機相中的氯洗滌不徹底，都會導致生產存在一定的隱患，需引起足夠重視。