從銅廢電解液中高效提升銅直收率的工藝實踐

丁成芳，楊家庭，杜耀春，張劉強，蘇思濤

（祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

在銅電解精煉過程中，電解液中銅離子濃度和雜質離子都在不斷上升，為保障電解液循環使用，必須將電解液中的銅、酸及雜質離子控制在一定的范圍之內，來保證A級銅的質量品位。凈液工序是以開路方式對廢電解液的銅、酸等濃度進行調整控制，來保證整個銅電解工藝的穩定運行。銅電解凈液工藝方法有很多，目前大多采用傳統的蒸發濃縮結晶生產硫酸銅、電積脫銅、旋流電積脫銅、平行流電積脫銅［1-2］等。

祥光銅業年產50萬t陰極銅項目分為兩期，一期20萬t陰極銅系統和二期30萬t陰極銅系統。凈液工序也分兩套，一期凈液工序和二期凈液工序。原有一期凈液工序主要進行濃縮結晶，生產五水硫酸銅，同時進行電積脫銅、脫雜，部分脫銅終液返回一期電解，部分脫銅終液濃縮生產硫酸鎳。二期凈液工序主要進行電積一次脫銅和電積二次脫銅、脫雜，二次脫銅終液部分返回二期電解系統，部分二次脫銅終液進入一期凈液工序進行濃縮生產硫酸鎳。該工藝中部分銅進入五水硫酸銅和純度不高的電積銅進行銷售和轉入精煉車間進行火法冶煉成銅陽極板。

結合目前祥光銅業生產現狀，在現有基礎上進行工藝實踐，對部分凈液工藝進行改造優化，以產出合格的A級銅和銅粉來提升高純銅的直收率和降低稀貴浸出作業輔料銅粉的采購成本。

2 改造依據及改造方案

2.1 改造依據

五水硫酸銅含有雜質，銷售利潤較低，市場行情不好時存在積壓情況；同時凈液工段是通過濃縮結晶產出五水硫酸銅，蒸汽量消耗大、能耗高。前期在煙灰工序進行五水硫酸銅重溶電積生產A級銅試驗，并進行了充分實踐［3］，在此基礎上對電解車間凈液工序進行了進一步工藝改造。

本次工藝改造的原料為一期凈液脫銅終液和二期一次脫銅終液，其成分如表1所示。

表1 脫銅終液相關元素成分 g/L

2.2 改造產品

將原來一期五水硫酸銅副產品和二期凈液二次脫銅電積銅共同改造成脫銅電積作業，產出A級銅產品，將二期脫雜工序部分電積脫雜產出電積銅工藝改造成銅粉生產工藝［4-6］；經過改造后得到5200t A級銅和200t左右銅粉。

2.3 原來工藝流程與改造后工藝流程

將一期凈液工序原有的硫酸銅濃縮結晶產五水硫酸銅工藝取消，保留電積脫銅、脫雜以及濃縮產出硫酸鎳工藝；將二期二次脫銅和脫雜工藝改為二次電積脫銅產A級銅和銅粉工藝以及脫雜工藝；將二期二次脫銅產電積銅殘極陰極換成不銹鋼陰極板和鈦板產出A級銅和銅粉，工藝管線和設備不做過多調整，主要對工藝運行指標進行調整。

將一期脫銅終液和二期一次脫銅終液通過電解液泵輸送到二期原有的二次脫銅工序，通過高位槽直接給電解槽供液；采用中底部給液、槽面兩端溢流回液方式進行電解液循環給液，經過電積脫銅產出A級銅，在電積1～2h進行刮粉產出銅粉，經脫銅以后的電解液再電積脫雜產出電積銅、電積銅粒子和黑銅泥；產生的二次脫銅終液部分返回到二期電解系統，部分電解液打到一期凈液工序進行濃縮回收硫酸鎳，最終的黑酸打入稀貴系統做浸出工序中酸浸氧化作業的稀硫酸輔料使用。

一期、二期凈液原工藝主要流程分別如圖1、圖2所示。

圖1 一期凈液工序原工藝流程圖

圖2 二期凈液工序原工藝流程圖

一期、二期改造后主要工藝流程分別如圖3、圖4所示。

圖3 一期凈液工序改造后工藝流程圖

圖4 二期凈液工序改造后工藝流程圖

2.4 工藝指標與參數

利用一期脫銅終液和二期一次脫銅終液生產A級銅和銅粉主要工藝指標和參數如表2所示。

表2 主要工藝指標與參數

3 改造實踐

3.1 工藝生產運行

該工藝改造利用原有工藝設備、設施，增加一臺剝片機組進行陰極銅剝離，能基本滿足生產需求。

生產初期對一期和二期脫銅終液濃度進行檢測，讓銅離子濃度維持在30～45g/L，根據生產需求，酸濃度基本控制在180g/L，槽面流量控制在25～50L/min·cell，運行電流基本控制在9000～11000A，第一批陰極銅析出周期控制在10d出槽，第一批銅粉30min人工刮粉一次。產出的電解液輸送到后一步工序進行電積脫銅和脫雜以及回收硫酸鎳產品。

3.2 工藝運行中存在的問題

改造運行后，產出的陰極銅表面粒子較多，外觀質量差，雜質硫和鉛超標，經排查、分析主要有以下幾個原因，并進行了相應改進。

（1）添加劑加入量控制不穩定。改造時每天還是根據理論計算結果，添加一次添加劑進行循環，導致添加量不均勻。對策：增加計量槽根據理論計算24 h連續添加。

（2）初始操作人員對工藝調整不熟練。該改造工藝生產人員是由原電解二期凈液人員轉崗而來，雖然都有電積生產經驗，但工藝調整后需要一段適應期。對策：加強對工藝指標細節管控，以及每天排出生產指令要求計劃表。

（3）陰極銅含鉛高。由于鉛陽極板容易脫皮，雖然采用套袋隔膜電積，但時間長了還會出現陰極銅含鉛高的情況。對策：對套袋完好性進行定期檢查，并且定期對鉛陽極做好清洗和校正。

（4）陰極銅含硫高。初始生產由于添加劑調節不穩定和銅濃度控制出現較低的情況，電銅泡洗時間短，導致陰極銅含硫高。對策：改變添加劑的添加方式，現為24h循環添加，銅的濃度控制在30～45g/L，增加電銅的沖洗時間和改善沖洗角度。

（5）銅粉產出顆粒不均勻。初始生產銅粉按照30min刮粉一次導致顆粒不均勻。對策：延長刮粉時間，1～2h刮粉一次，解決銅粉產出顆粒不均勻問題。

經過1個月的生產摸索，在較好解決問題的同時，上述問題，陰極銅質量也得到了明顯提升，板面變得致密、光滑，化學成分符合GB/T 467—2010陰極銅的標準要求，銅粉符合GB/T 5246—2007電解銅粉標準要求，產出的陰極銅成分見表3，產出銅粉成分見表4。

表3 產出陰極銅成分 %

表4 產出銅粉成分 %

4 經濟效益分析

工藝改造后，每年減少8500t五水硫酸銅，可產出約2500tA級銅。其中，以前不純的電積銅有2700t轉化為A級銅，并產出銅粉200t。根據經營核算，每銷售1t五水硫酸銅公司損失1185元。年度經濟效益核算見表5。

表5 年度經濟效益核算

由表5可見，每年將8500t硫酸銅和2700t電積銅轉產為uA級銅和銅粉，可產生效益2894.17萬元。由于祥光銅業蒸汽自產，因此實際產生1364.17萬元直接經濟效益；同時每年在原50萬t陰極銅的基礎上最少增加1.1%高純銅產品直收率。

通過此項工藝改造，不僅可以解決電解生產中副產品庫存積壓、外售難、資金占壓、附加值低等問題，還可以提高純銅的直收率、經濟效益和生產效率，也為下道工序的稀貴工藝輔料自產奠定了基礎。