樂安勝， 許 衛(wèi)， 馬登峰， 劉宇峰

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大冶有色銅電解液凈化工藝選擇及成本分析

樂安勝， 許 衛(wèi)， 馬登峰， 劉宇峰

銅電解液凈化工序中脫銅通常采用電積脫銅和生產(chǎn)硫酸銅兩種工藝，兩種工藝可以單獨(dú)和組合生產(chǎn)。本文對(duì)三種生產(chǎn)工藝的成本進(jìn)行對(duì)比分析，得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)銅電解生產(chǎn)中選擇電解液凈化脫銅的方式具有一定的指導(dǎo)意義。

不銹鋼陰極； 銅電解； 凈化； 成本分析

大冶有色電解二車間銅電解凈化工藝可采用三種工藝脫除電解液中的銅離子及雜質(zhì)，一種是采用電積脫銅方式產(chǎn)出陰極銅(也稱電積銅)，一種是采用真空蒸發(fā)- 水冷結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅，另外可以兩種工藝組合進(jìn)行脫銅，再將脫銅后液進(jìn)行二段電積脫雜生產(chǎn)黑銅。本文擬通過大冶有色現(xiàn)有的以銅電解液電積生產(chǎn)陰極銅、蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅和兩者組合三種凈化工藝的成本構(gòu)成進(jìn)行對(duì)比分析，確定在不同條件下，采用何種凈化工藝實(shí)現(xiàn)電解液凈化，可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

1 生產(chǎn)電積銅和硫酸銅的成本分析

大冶有色電解二車間年產(chǎn)陰極銅為300 kt。按此產(chǎn)量及銅離子增長率1．5%計(jì)算，正常生產(chǎn)情況一共需脫銅4 500 t。有三種方式進(jìn)行脫銅，第一可以通過一段電積生產(chǎn)電積銅 (符合GB/T467—2010中A Cu-CATH-1標(biāo)準(zhǔn))；第二蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅 (CuSO4·5H2O 85%的非農(nóng)用硫酸銅)；第三先生產(chǎn)硫酸銅，母液(Cu2+:35～38 g/L)再進(jìn)行電積生產(chǎn)電積銅；剩余的銅在二段電積脫雜工序以黑銅(砷銻渣)的形式被脫除，三種脫銅方式產(chǎn)品產(chǎn)量如表1。

電積脫銅采用鉛基合金板為陽極，普通始極片為陰極，從銅電解生產(chǎn)系統(tǒng)中抽取部分電解液直接送入電積脫銅槽，在直流電的作用下生產(chǎn)出陰極銅，其陰陽極反應(yīng)如下：

表1 三種脫銅工藝的產(chǎn)品產(chǎn)量對(duì)比

根據(jù)電極反應(yīng)的特點(diǎn)，陰極每析出1 t銅，電解液中可再生1.54 t硫酸。電積銅和硫酸銅的總成本包含生產(chǎn)成本和銷售成本，因兩種產(chǎn)品的銷售成本相差不大，故暫未考慮銷售成本。

電積銅和硫酸銅的生產(chǎn)成本包含加工成本和物料成本兩部分。本文將以大冶有色電二車間的生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)電積銅和硫酸銅的生產(chǎn)成本構(gòu)成進(jìn)行分析對(duì)比，探明三種凈化工藝的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 生產(chǎn)電積銅和硫酸銅的加工成本

加工成本由可變成本和固定成本組成，其中可變生產(chǎn)成本由動(dòng)力費(fèi)用、直接材料費(fèi)用和人工費(fèi)用三部分組成，固定成本主要為折舊費(fèi)用。由于大冶有色電二車間電積及硫酸銅系統(tǒng)的廠房及設(shè)備均剛投產(chǎn)，為客觀評(píng)價(jià)大冶有色現(xiàn)有條件下電積脫銅生產(chǎn)電積銅及蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅的真實(shí)生產(chǎn)成本，人員為固定定員，本文不考慮折舊費(fèi)用和人工費(fèi)。

1.1.1 電積脫銅生產(chǎn)電積銅、黑銅的加工成本

(1)動(dòng)力費(fèi)用

動(dòng)力費(fèi)用主要為電耗及蒸汽消耗。電積脫銅的電積銅電耗約為2 200 kWh/t電積銅，電積脫銅的黑銅電耗約為2 500 kWh/t黑銅。大冶有色工業(yè)用電價(jià)格為0.68元/kWh，故電積銅電耗費(fèi)用為：2 200×0.68=1 496元/t陰極銅，黑銅電耗費(fèi)用為：2 500×0.68=1 700元/t黑銅，蒸汽的費(fèi)用為65元/t銅。電積銅動(dòng)力費(fèi)用總計(jì)為1 561元/t電積銅，黑銅動(dòng)力費(fèi)用總計(jì)為1 765元/t黑銅。

(2)直接材料費(fèi)用

直接材料費(fèi)用包含輔助材料費(fèi)用(如鉛陽極)、備品備件費(fèi)用和勞保用品費(fèi)用。正常生產(chǎn)中，輔助材料鉛陽極費(fèi)用為750元/t銅，備品備件和勞保用品費(fèi)用為60元/t銅，直接材料費(fèi)用共計(jì)810元/t銅。

綜上所述電積脫銅生產(chǎn)電積銅的成本為：1 561+810=2 371元/t電積銅，電積脫銅生產(chǎn)黑銅的成本為：1 765+810=2 575元/t黑銅。電積脫銅生產(chǎn)電積銅、黑銅的成本構(gòu)成列于表2中。

表2 電積銅、黑銅和硫酸銅的生產(chǎn)成本對(duì)比

1.1.2 蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅的加工成本

(1)動(dòng)力費(fèi)用

硫酸銅生產(chǎn)的動(dòng)力費(fèi)用包含蒸汽費(fèi)用、電費(fèi)、壓縮風(fēng)費(fèi)用及水耗費(fèi)用。正常生產(chǎn)中，生產(chǎn)硫酸銅的蒸汽費(fèi)用800元/t硫酸銅，電費(fèi)為1 200元/t硫酸銅，壓縮風(fēng)費(fèi)用5元/t硫酸銅，水費(fèi)20元/t硫酸銅。生產(chǎn)硫酸銅的動(dòng)力費(fèi)用共計(jì)2 025元/t硫酸銅。

(2)直接材料費(fèi)用

根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)硫酸銅的直接材料費(fèi)用約為100元/t硫酸銅。

因此，蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅的加工成本為：2 025+100=2 125元/t硫酸銅，蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅的加工成本構(gòu)成列于表2。

1.2 生產(chǎn)電積銅及硫酸銅的物料成本

電積脫銅生產(chǎn)陰極銅的同時(shí)也消耗了電解液中銅并再生出硫酸(可作為銅電解生產(chǎn)系統(tǒng)的補(bǔ)加酸)，根據(jù)電極反應(yīng)的特點(diǎn)，陰極每析出1 t銅，電解液中可再生1.54 t硫酸；而生產(chǎn)硫酸銅則需要消耗電解液中的銅和硫酸兩種物料，生產(chǎn)1 t 85%的CuSO4·5H20需0.218 t銅和0.3 3t硫酸。按市售銅價(jià)格為a元/t銅，硫酸價(jià)格為b元/t硫酸，將電積脫銅生產(chǎn)的電積銅、黑銅和蒸發(fā)結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅的物料成本構(gòu)成列于表3中。

表3 電積銅、黑銅和硫酸銅的物料成本構(gòu)成

2 三種凈化生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

將生產(chǎn)1 t電積銅、黑銅和硫酸銅的生產(chǎn)總成本列于表4中進(jìn)行對(duì)比分析。由于1 t電積銅含銅99.5%，生產(chǎn)1 t金屬銅量的電積銅的加工成本和物料成本為：(2 371+a-1.54b)/0.995=2 382.91+1.01a-1.55b；而1 t黑銅含銅70%，生產(chǎn)1 t金屬銅量的黑銅的加工成本和物料成本為：(2 575+0.7a-1.078b)/0.7=3 678.57+a-1.54b；1 t硫酸銅含銅21.8%，生產(chǎn)1 t金屬銅量的硫酸銅的加工成本和物料成本為：(2 125+0.218a+0.33b)/0.218=9 747.7+a+1.51b，明顯生產(chǎn)1 t金屬銅量硫酸銅成本最高，其次是黑銅，電積銅最低。

表4 電積銅、黑銅和硫酸銅的生產(chǎn)總成本對(duì)比

按照正常生產(chǎn)凈化量將三種凈化工藝的生產(chǎn)成本列于表5中進(jìn)行對(duì)比分析。一段電積、硫酸銅和組合生產(chǎn)的總成本分別為X、Y和Z。根據(jù)表5，兩種脫銅工藝生產(chǎn)成本相差：

X-Z=-517.64-0.214b

(1)

由于b>0，(1)式<0，所以一段電積的生產(chǎn)成本小于組合脫銅生產(chǎn)成本,一段電積節(jié)約成本正比硫酸價(jià)格：

Z-Y=-169.71

(2)

由于(2)式<0，所以組合脫銅生產(chǎn)成本小于生產(chǎn)硫酸銅生產(chǎn)成本。

考慮到電積銅可以銷售，硫酸銅一般只是回爐，采取一段電積進(jìn)行脫銅最經(jīng)濟(jì)。以生產(chǎn)硫酸銅的方式脫除銅的同時(shí)，還可帶走部分雜質(zhì)及殘留于電解中的添加劑分解產(chǎn)物。因此，在保證電解液中銅離子平衡及砷、鎳等雜質(zhì)脫除的條件下，可以少生產(chǎn)硫酸銅產(chǎn)品，或可將多產(chǎn)出的硫酸銅返溶人電解液系統(tǒng)，以產(chǎn)出更多的電積銅。

表5 三種脫銅的生產(chǎn)成本對(duì)比

3 結(jié)論

在銅電解生產(chǎn)中，脫除電解液中銅離子主要有一段脫銅、生產(chǎn)硫酸銅和兩者組合三種生產(chǎn)工藝。在滿足生產(chǎn)的前提下，脫銅過程還應(yīng)綜合考慮上述三種生產(chǎn)方式的成本，使生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊密聯(lián)系，提高企業(yè)效益。通過對(duì)大冶有色電解二車間的三種凈化脫銅工藝的生產(chǎn)成本構(gòu)成進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出以下論：

(1) 生產(chǎn)相同金屬量的產(chǎn)品，電積銅的生產(chǎn)成本最低，黑銅的生產(chǎn)成本次之，硫酸銅的生產(chǎn)成本最高，一段電積節(jié)約成本與硫酸價(jià)格成正比。

(2) 在不考慮固定成本和人工成本情況下，脫除相同金屬量的銅，一段電積脫銅二段電積脫雜凈化工藝的生產(chǎn)成本最低，硫酸銅和一段電積脫銅組合凈化工藝生產(chǎn)成本次之，硫酸銅脫銅二段電積脫雜凈化工藝的生產(chǎn)成本最高。

[1] 朱祖澤，賀家齊. 現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003．

[2] 聶仲文.貴冶銅電解凈化生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色冶煉，1998，27(5):16-19．

[3] 王沖.云銅銅電解生產(chǎn)銅離子平衡的工藝選擇及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)[J].中國有色冶金，2012，12(6):18-21．

(大冶有色金屬集團(tuán)有限公司， 湖北 黃石 435005)

Process selection and cost analysis of copper electrolyte purification in Daye Nonferrous Metals Group Co. Ltd

YUE An-sheng, XU Wei, MA Deng-feng, LIU Yu-feng

The two processes of electro-winning and copper sulfate production usually used in purification processes of copper electrolyte de-coppering, can be alone or combined in production. In this paper, the cost of the three production processes were comparatively analyzed, an empirical formula was obtained, it has a certain guiding significance to select purification method of electrolyte de-coppering in copper electrolysis production.

stainless steel cathode; copper electrolysis； purification； cost analysis

樂安勝(1983—)， 男， 湖北大冶人， 冶金工程師， 從事冶金生產(chǎn)技術(shù)工作。

2014-- 12-- 20

TF811

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1672-- 6103(2015)05-- 0008-- 03