銅電解液過濾系統(tǒng)的技術(shù)改造與運(yùn)用

林 欣

（黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

1 引言

在銅電解過程中，隨著陽極板逐漸溶解，含硒、碲、金、銀等稀貴金屬的陽極泥會(huì)沉降到電解槽底部，有害雜質(zhì)（如砷、銻、鉍等）成為離子進(jìn)入電解液，大部分水解成為固態(tài)氧化物，一部分形成極細(xì)小的絮狀物質(zhì)（粒度一般小于10 μm）并吸附其他化合物或膠體物質(zhì)生成“漂浮陽極泥”。漂浮陽極泥極不易沉降且極易機(jī)械性粘附于陰極銅表面，降低陰極銅的質(zhì)量，使電解液的電 阻增大，進(jìn)而導(dǎo)致電耗增加，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致循環(huán)管泵等產(chǎn)生結(jié)垢；所以，必須通過過濾系統(tǒng)有效降低或去除電解液中的此類雜質(zhì)［1-6］。

某銅業(yè)公司電解廠采用永久性不銹鋼陰極法電解工藝，年產(chǎn)30 萬 t 標(biāo)準(zhǔn)陰極銅，分東、西兩個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)單個(gè)系統(tǒng)體積超過4300m3，每個(gè)系統(tǒng)各使用2 臺(tái)板框壓濾機(jī)壓濾陽極泥，各配備1 臺(tái)國產(chǎn)凈化過濾機(jī)，每天抽取電解液量的30%經(jīng)凈化過濾機(jī)過濾后再返回各循環(huán)系統(tǒng)，從而保證電解液的潔凈度。電解過濾系統(tǒng)主要是由板框壓濾機(jī)及凈化過濾機(jī)等組成，隨著產(chǎn)能及生產(chǎn)年限的增加，在過濾設(shè)備不增加的前提下，如何優(yōu)化提升系統(tǒng)過濾能力，保證電解液純凈，進(jìn)而確保陰極銅質(zhì)量穩(wěn)定，已成為銅冶煉企業(yè)面臨的生產(chǎn)難題之一。

2 電解液過濾系統(tǒng)存在的主要問題

2.1 壓濾機(jī)存在的主要問題

所述企業(yè)采用廂式板框過濾機(jī)，其作業(yè)參數(shù)如表1 所示。

表1 壓濾機(jī)作業(yè)參數(shù)

廂式板框過濾機(jī)在使用過程中存在下列問題：

（1）壓濾后的陽極泥含水率在35%以上、含銅率在22%以上，均較高。

（2）壓濾作業(yè)時(shí)間長。陽極泥板框壓濾機(jī)出液方式為液壓箱式暗流，需要2 名工人進(jìn)行拉板卸料作業(yè)，作業(yè)效率低下。

（3）目前運(yùn)行的4 臺(tái)廂式板框壓濾機(jī)濾板已使用多年，濾板輪子變形嚴(yán)重，裝上新濾布后，底孔無法對上；油缸變形嚴(yán)重，致使濾板中間出現(xiàn)拱起，末端無法壓干，后期處理量急劇下降，只能通過長時(shí)間向?yàn)V餅中吹氣來提高含固率，但是每次過濾結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大差壓，現(xiàn)場酸霧大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性高。

（4）在陽極泥處理轉(zhuǎn)運(yùn)工序中，壓濾作業(yè)主要是為了保證陽極泥的充分洗滌壓干，但是現(xiàn)有壓濾機(jī)的壓濾能力不足，濾板壓力無法滿足過濾要求。

（5）壓濾機(jī)濾餅在吹氣干燥過程中，大量空氣混入回液管中，導(dǎo)致管道振動(dòng)大。回液管為FRPP材質(zhì)，強(qiáng)烈振動(dòng)易造成管道嚴(yán)重變形或爆裂，存在極大的安全隱患。

（6）當(dāng)壓濾機(jī)濾布破損、板框底孔與濾布未壓實(shí)出現(xiàn)漏氣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)陽極泥穿濾，濾液將陽極泥帶入上清液槽內(nèi)，污染電解液循環(huán)系統(tǒng)，致使電解槽內(nèi)出現(xiàn)“跑黑”現(xiàn)象，電解液變渾濁，進(jìn)而影響陰極銅質(zhì)量。

2.2 凈化過濾機(jī)存在的主要問題

所述企業(yè)使用的凈化過濾機(jī)采用24 塊板框，總過濾面積480 m2，最大流量300 m3/h，作業(yè)參數(shù)如表2 所示。

表2 凈化過濾機(jī)作業(yè)參數(shù)

目前凈化過濾機(jī)在使用過程中存在如下問題：

（1）隨著電解系統(tǒng)產(chǎn)能的提升（由20 萬 t 擴(kuò)產(chǎn)至30 萬 t），電解液中懸浮物、漂浮陽極泥明顯增多，現(xiàn)有凈化過濾系統(tǒng)已無法滿足電解液凈化過濾要求。

（2）凈化過濾機(jī)反洗后液及濾渣一起進(jìn)入陽極泥儲(chǔ)槽，通過離心泵打入壓濾機(jī)，會(huì)導(dǎo)致固液分離不徹底。每次反洗后，壓濾機(jī)作業(yè)頻次高，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，雜質(zhì)過濾也不充分。

3 技術(shù)改造的主要項(xiàng)目

3.1 壓濾機(jī)本體升級(jí)改造

3.1.1 優(yōu)化濾布選型

濾布是壓濾機(jī)的重要組成部分。濾布的材質(zhì)、透氣性能、孔徑都會(huì)影響過濾效果。現(xiàn)有壓濾機(jī)濾布孔徑為300 目，由于壓濾機(jī)改造后需要進(jìn)行更精密的二次過濾，所以更換成孔徑為500 目的濾布，提升二次過濾質(zhì)量，以減少陽極泥穿濾，提升電解液過濾質(zhì)量，進(jìn)而提高陰極銅品質(zhì)。

3.1.2 增設(shè)濾布清洗、反向吹氣裝置

增加濾布高壓清洗設(shè)備，利用高壓水沖洗撫平濾布，同時(shí)在進(jìn)料口增設(shè)冷凝水洗滌閥門。壓干卸板前，先開冷凝水對濾餅進(jìn)行充分洗滌3 min，然后再用壓縮空氣吹氣5 min，以降低濾餅含銅及含水率，提升過濾效果，延長濾布使用壽命。主吹氣完成后，在濾板開板前反方向吹風(fēng)2～5 s（二次吹氣），并進(jìn)行二次擠壓，有利于濾布上的濾餅掉落，提升卸料效率［7-9］。同時(shí)在壓縮空氣和物料進(jìn)料口處各增加1 個(gè)材質(zhì)為316L 的不銹鋼止回閥，出口處再增設(shè)汽水分離裝置，可減小管道振動(dòng)，防止壓縮空氣和物料互通，避免焊縫開裂導(dǎo)致泄漏。

3.1.3 隔膜濾板選型

隔膜過濾運(yùn)用低壓過濾、高壓壓榨的原理，可以有效降低壓差的產(chǎn)生。選用隔膜濾板取代板框?yàn)V板，使得介質(zhì)在壓榨過程中，隔膜鼓出過濾腔室，在整個(gè)過濾面上均勻地?cái)D壓濾餅，過濾結(jié)束后還能再次擠壓濾餅，濾腔內(nèi)的濾餅一直都處于受壓狀態(tài)，濾餅厚度可隨著隔膜移動(dòng)而改變。選擇適宜的處理量和過濾時(shí)間，最終可獲得最佳的進(jìn)料量。洗滌完成后對濾餅實(shí)行后壓榨，可極大降低濾餅的含水率。

3.1.4 增設(shè)自動(dòng)拉板裝置

增設(shè)齒輪帶動(dòng)的自動(dòng)拉板系統(tǒng)和自動(dòng)伸縮接液盤系統(tǒng)。以變頻電機(jī)帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)拉板器運(yùn)動(dòng)，將濾板逐一拉開，整個(gè)過程由PLC 控制，提升設(shè)備自動(dòng)化、智能化水平，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 壓濾機(jī)過濾回液方式優(yōu)化改造

改造過濾回液管道，將并聯(lián)回液的2 臺(tái)壓濾機(jī)改成串聯(lián)（回液管道改造后流程如圖1）。通過1#壓濾機(jī)的一次過濾回到1#陽極泥儲(chǔ)槽，再抽到2#壓濾機(jī)進(jìn)行第二次過濾，濾后液暗流至上清液槽，上清液槽再通過凈化過濾機(jī)進(jìn)行1 次深度過濾，明流至2#陽極泥儲(chǔ)槽（如圖1 所示）。陽極泥實(shí)現(xiàn)2次過濾和1 次深度過濾后［10］，可使電解液處于潔凈狀態(tài)，保證陰極銅質(zhì)量。

圖1 濾液管道回液管改造后的流程示意圖

將回液管管徑擴(kuò)大到φ100 mm，材質(zhì)改為316L 不銹鋼，在管道與支撐柱間采用抱箍固定，抱箍與管道接觸部位墊耐酸膠皮，并焊接加固所有管道支撐，穩(wěn)固進(jìn)出液管道，減緩管道過液振動(dòng)的影響，消除管道振動(dòng)帶來的安全隱患。

3.3 凈化過濾機(jī)改造

對凈化過濾機(jī)內(nèi)部板框支架、噴嘴管道等進(jìn)行加長調(diào)整改造。將板框擴(kuò)展至30 塊，總過濾面積擴(kuò)充至600 m2（增加25%），流量增調(diào)至350 m3/h。

對強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)行變頻改造，利用調(diào)整變頻器的輸出頻率來調(diào)整管網(wǎng)的流量和壓力，不僅增大了過濾量和過濾面積，提升了過濾作業(yè)效率，還能使整個(gè)電解液循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)。

對凈化過濾機(jī)反洗后液管道進(jìn)行改造，將其接到離廠房C 軸線最近的2 個(gè)地坑。每次反洗時(shí)通過地坑泵反洗后液直接抽到濃密機(jī)中（如圖2 所示）。反洗后的濾渣，首先通過濃密機(jī)的沉降實(shí)現(xiàn)1 次懸浮物固液沉降分離，再通過軟管泵打到壓濾機(jī)，實(shí)現(xiàn)2 次過濾和1 次深度過濾后，保證電解液潔凈，改善了陰極銅質(zhì)量。

圖2 凈化過濾機(jī)反洗回液管改造后的流程示意圖

4 優(yōu)化改造效果

自2020 年下半年過濾系統(tǒng)改造完成后，運(yùn)行一年多來，各項(xiàng)工藝指標(biāo)參數(shù)提升明顯。陽極泥含銅率由2018 年的22.3%下降至2021 年的15.8%，陽極泥含水率由2018 年的35.2%下降至2021 年的21.5%（如圖3 所示）。陽極泥壓濾時(shí)間大幅度縮短，1 個(gè)人僅用4 h 即可完成之前1 d 的壓濾量，作業(yè)效率大幅度提升。過濾能力的有效提升，減少了電解液中漂浮陽極泥量，電解液變得更加潔凈，進(jìn)而使陰極銅優(yōu)質(zhì)品率提升至99.95%，達(dá)到國內(nèi)外同行業(yè)先進(jìn)水平。

圖3 2018—2021 年某銅業(yè)公司電解廠陽極泥含銅率和含水率

5 結(jié)語

某銅業(yè)公司電解廠通過對凈化系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化升級(jí)改造，全面優(yōu)化工藝控制條件，實(shí)現(xiàn)了電解液在循環(huán)系統(tǒng)中的1 次沉降、2 次壓濾、1 次深度過濾的全流程凈化，保證了電解液的潔凈度，提升了作業(yè)效率，提高了陰極銅優(yōu)質(zhì)品率，確保了陰極銅產(chǎn)量任務(wù)的順利完成，提升了公司的綠色化智能化生產(chǎn)水平。