一種平衡銅電積生產(chǎn)系統(tǒng)中鐵離子的方法

楊明華

（江西自立環(huán)保科技有限公司，江西 撫州 341000）

隨著濕法冶金的發(fā)展，萃取有色金屬方法得到廣泛的運(yùn)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(shí)具有很好的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在有很多企業(yè)采用“浸出—凈化—萃銅—電積”的方式處理含銅物料［1～3］。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)銅萃取劑會(huì)不斷地被氧化甚至降解，在萃取銅的過(guò)程中對(duì)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(dǎo)致在生產(chǎn)過(guò)程中料液含鐵高時(shí)，通過(guò)反萃后的富銅液中含鐵增長(zhǎng)很快［4，5］。

1 銅電積過(guò)程中鐵離子富集的影響

在銅電積過(guò)程中鐵離子高會(huì)在電積過(guò)程中不斷地在陰陽(yáng)極還原氧化而耗費(fèi)電，當(dāng)鐵離子在電積液中富集到了一定濃度時(shí)，電效會(huì)成指數(shù)下降。同時(shí)鐵離子在電積液中氧化還原過(guò)程中對(duì)銅吊耳界面線也有一定的腐蝕作用，影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作。

理論上銅電積液中鐵離子越低越好，但生產(chǎn)實(shí)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(gè)合理的范圍內(nèi)，以保證電積的過(guò)程中保持很高的電效，又能控制除鐵的生產(chǎn)成本。

現(xiàn)在大部分企業(yè)主要是通過(guò)定期將部分電積液返回浸出系統(tǒng)再用自來(lái)水配酸來(lái)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(jiǎn)單，但也導(dǎo)致大量電積液中的銅又進(jìn)入浸出系統(tǒng)，間接增加了銅的生產(chǎn)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(gè)合理值在生產(chǎn)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(fù)合萃取劑對(duì)含鐵料液進(jìn)行萃取，且具有很高的萃鐵能力，但是這種復(fù)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(duì)于銅電解液中含的高酸情況下該方法是不太適合［6，7］。

現(xiàn)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(tǒng)中鐵含量保持在一個(gè)合理的范圍的穩(wěn)定生產(chǎn)方法。

該方法主要采用P204作為萃鐵萃取劑，結(jié)合鹽酸反萃，自來(lái)水洗滌，萃余液除油、反萃后液的廢鹽酸返浸出系統(tǒng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易被氧化，在高酸的環(huán)境下對(duì)鐵有一定的萃取能力，對(duì)銅離子幾乎沒(méi)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(chǎn)工藝流程圖

2.1 萃取料液過(guò)濾

由于銅電積過(guò)程為了獲得平整致密的銅板，會(huì)在電解液中添加少量的膠體物質(zhì)，膠體在溶解過(guò)程中會(huì)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(shí)也存在少量的懸浮陽(yáng)極泥，這些懸浮物容易在萃取過(guò)程中形成第三相影響萃取生產(chǎn)。在萃取之前對(duì)萃取料液進(jìn)行過(guò)濾十分必要。這里的過(guò)濾采用板框壓濾兩次達(dá)到生產(chǎn)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(jià)鐵離子，二價(jià)鐵離子微量，由于電積過(guò)程中陽(yáng)極釋放大量的氧氣使整個(gè)電解槽中液體幾乎都是在氧化氣氛中存在，其主要成分見(jiàn)表1。

表1 電積銅液主要成分含量 g／L

銅電積液的特點(diǎn)為含酸高，含硫酸為160～180 g／L，在高酸環(huán)境下萃取，P204對(duì)三價(jià)鐵離子有萃取能力但不強(qiáng)，對(duì)二價(jià)鐵離子、銅離子、鎳離子幾乎沒(méi)有萃取能力。而銅電積液中鐵離子控制在1 g／L以內(nèi)，鐵離子對(duì)電積過(guò)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(lái)確定，可以通過(guò)控制料液流量、開(kāi)機(jī)時(shí)間來(lái)平衡系統(tǒng)的鐵離子含量。采用40%P204三級(jí)逆流萃取，油水相比為3∶1，萃取銅電積液后，萃鐵率達(dá)到50%，能夠滿足生產(chǎn)平衡鐵離子濃度要求。

2.3 反萃

由于三價(jià)鐵與P204生成的萃合物不十分穩(wěn)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(duì)此，科研人員研究了很多方法，對(duì)有機(jī)磷酸酸性萃取劑反鐵，也有過(guò)很多研究。采用EDTA絡(luò)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(jī)相中的鐵反萃下來(lái)，但考慮生產(chǎn)成本和與生產(chǎn)配套的設(shè)備與工藝，這里選用大多數(shù)企業(yè)采用的傳統(tǒng)的鹽酸反鐵方式。

2.4 洗滌

由于銅電積過(guò)程中對(duì)氯離子要求比較高，電積液中氯含量高時(shí)容易在陰極銅上面覆著一層氯化亞銅白色沉淀物，導(dǎo)致產(chǎn)品出槽后很快氧化變黑，同時(shí)影響銅板的致密性及品位。在生產(chǎn)實(shí)踐中氯離子一般控制在50 mg／L以內(nèi)，所以萃取的有機(jī)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(shì)必會(huì)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(jìn)入電積系統(tǒng)也會(huì)有很大影響，所以生產(chǎn)上對(duì)反鐵后的有機(jī)相必須進(jìn)行水洗處理。考慮洗滌效果，設(shè)計(jì)五級(jí)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(huì)有少量夾帶油分，而這些油分如果帶入電積過(guò)程中則導(dǎo)致銅板發(fā)黑影響產(chǎn)品質(zhì)量。在萃余液與電積液混合前，對(duì)萃余液進(jìn)行除油非常有必要。除油市場(chǎng)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(duì)于有水包油的夾帶先采用凝聚球?qū)λ嗥迫樘幚恚儆镁蹪嵭緦⒂头衷俅芜M(jìn)行分離，分離后的水相中含油達(dá)到5 mg／L內(nèi)，達(dá)到生產(chǎn)要求。

2.6 廢酸回用

廢酸綜合利用需跟企業(yè)整體的生產(chǎn)工藝相關(guān)，如果沒(méi)有配套的生產(chǎn)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(jià)鐵離子，4N鹽酸可以做浸出的酸劑，而鐵離子在浸出凈化過(guò)程中以氫氧化鐵或鐵礬的形式進(jìn)渣除去。

3 結(jié) 論

1.P204萃鐵相關(guān)研究很多，而生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中穩(wěn)定生產(chǎn)是關(guān)鍵，不需要追求高的萃取能力，而生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)工藝成熟穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)主要是控制反鐵后有機(jī)中的氯，萃完鐵后的萃余液中油份的控制。這兩項(xiàng)有一項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有控制好都會(huì)對(duì)電積銅生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量有影響。通過(guò)采用三級(jí)逆流萃取兩級(jí)反鐵五級(jí)水洗構(gòu)成了萃取除鐵的主要部分，再配合萃余液除油，進(jìn)萃取前料液過(guò)濾，廢酸回用的工序，使整個(gè)除鐵系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地適應(yīng)生產(chǎn)要求。根據(jù)電積系統(tǒng)每天帶入的鐵量，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)萃鐵系統(tǒng)能平衡系統(tǒng)的鐵量，達(dá)到了生產(chǎn)要求即可。采用P204萃取法除鐵具有操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，萃取劑成本低，投資少等優(yōu)點(diǎn)。

2.生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)由于操作或其它原因?qū)е鲁秃笠褐泻土砍瑯?biāo)或有機(jī)相中的氯洗滌不徹底，都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)存在一定的隱患，需引起足夠重視。