樂安勝， 許 衛(wèi)， 馬登峰， 劉 毅

(大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石 435005)

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重金屬

銅電解液凈化二段電積脫銅的生產(chǎn)實踐

樂安勝， 許 衛(wèi)， 馬登峰， 劉 毅

(大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石 435005)

介紹了大冶有色30萬t銅電解項目電解液凈化工藝，敘述了二段電積脫銅存在的問題及采取的改進措施。

銅電解； 電解液凈化； 二段電積； 脫銅； 脫砷； 黑銅

銅電解生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)的持續(xù)進行，電解液中銅離子的濃度不斷升高，有害雜質(zhì)(如As、Sb、Bi等)也逐漸積累，直接影響陰極銅的質(zhì)量和生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進行。因此必須對電解液進行凈化，以保證生產(chǎn)槽電解液銅酸平衡和較低的雜質(zhì)濃度[1-2]。目前一般廠家采用一段電積脫銅，二段電積脫雜。二段電積脫雜有間斷電積法和誘導連續(xù)電積法[3-4]。優(yōu)化二段電積生產(chǎn)工藝，提高銅電解液凈化能力，對降低銅冶煉成本有著現(xiàn)實意義。

1 大冶有色30萬t銅電解項目凈化系統(tǒng)簡介

大冶有色是國有控股的大型銅冶煉企業(yè)，主要產(chǎn)品是高純陰極銅和工業(yè)硫酸，年生產(chǎn)能力分別為70萬t和120萬t。30萬t銅電解項目于2012年10月竣工投產(chǎn)，采用不銹鋼陰極電解，電解液凈化以電積脫銅脫雜為主，硫酸銅生產(chǎn)為輔助。電積包括一段電積和二段電積，一段脫銅后液進行電積脫銅脫雜。二段電積終液濃縮冷凍結(jié)晶生產(chǎn)硫酸鎳。一段產(chǎn)出的電積銅外售，二段產(chǎn)出的黑銅打捆晾干返回轉(zhuǎn)爐。電解液凈化工藝流程圖見圖1。

圖1 電解液凈化工藝流程圖

一段電積主要是使Cu2+在陰極析出脫銅；二段電積采用的是連續(xù)誘導脫銅脫砷技術(shù)，脫銅脫砷過程連續(xù)進行，每組6個電解槽串聯(lián)組成六級電積，電解液從第一槽進，經(jīng)過1至6槽階梯式電積，Cu2+濃度逐漸降低，雜質(zhì)與銅一起析出。此工藝一般控制Cu2+：As=(1.7～3.0):1[5-6]，當Cu2+在2～5 g/L時,脫砷率最高,且在此條件下,砷析出于黑銅中,生成有毒的AsH3氣體概率小，所以在第四、五槽進行輔助給液，以確保第五、六槽電解液Cu2+與As的比例。與傳統(tǒng)的脫銅脫砷工藝相比，此工藝具有作業(yè)連續(xù)，作業(yè)率高和脫除率高的優(yōu)勢。二段電積電解液循環(huán)示意圖見圖2，二段電積工藝參數(shù)如表1。

圖2 二段電積電解液循環(huán)示意圖

表1 二段電積工藝參數(shù)

2 生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要問題

二段電積產(chǎn)出的黑銅板連同上面粘附的黑銅粉一起返回轉(zhuǎn)爐吹煉，再重新澆鑄成陽極板進行電解。因轉(zhuǎn)爐除雜能力有限，單爐一次加入大量黑銅板，造成單批次陽極極板雜質(zhì)嚴重超標，導致電解工藝不易調(diào)控，陰極銅質(zhì)量波動，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故，影響電解的正常進行。這些雜質(zhì)在銅冶煉過程中部分閉路循環(huán)，增加銅冶煉成本。黑銅板中的黑銅粉含有一定量的殘留電解液，打捆堆積后不容易晾干，返爐時容易造成放炮。隨著電積的進行，陰極上生長出海綿狀黑銅，部分黑銅粉后期沉積到電解槽底部，每次出裝作業(yè)需人工下槽進行清理。電解槽空間狹窄，環(huán)境惡劣，長時間繁重作業(yè)，影響職工的身體健康，易造成職業(yè)病。普通鋼板焊制的電積黑銅粉轉(zhuǎn)運斗被黑銅粉殘留的電解液腐蝕，三個月更換一次。投產(chǎn)兩年后，二段電積進液管道結(jié)垢嚴重，流量變小，影響處理能力。由于管道整體密封焊接，清垢時每次都要對管道進行切割，然后再焊接，工作量大，操作難度較大。

3 采取的措施

3.1 優(yōu)化操作

在出裝作業(yè)時，將黑銅板放置在鋼結(jié)構(gòu)的準備架上晾3～4 d，然后人工將黑銅板上的黑銅粉敲落。每次出銅作業(yè)，敲擊上次出裝時已經(jīng)晾干的黑銅板，將黑銅粉收集，然后轉(zhuǎn)運至備料系統(tǒng)與銅精礦混合，加入澳斯麥特爐中熔煉進行強化除雜。黑銅板分批分散加入轉(zhuǎn)爐進行吹煉，重新澆鑄成陽極板返回電解系統(tǒng)。

3.2 制作槽內(nèi)黑銅粉接斗

設(shè)置小型黑銅粉槽內(nèi)接斗，其用不銹鋼焊制，表面進行防腐處理，洗槽作業(yè)完后放置在電解槽底部接收生產(chǎn)時散落下來的黑銅粉。出裝作業(yè)時，將其吊出進行傾倒。

3.3 制作黑銅粉轉(zhuǎn)運斗

制作黑銅粉不銹鋼轉(zhuǎn)運斗，用15 mm的304不銹進行焊接，四周焊接加筋板。

3.4 改造進液管道

原二段電積進液管道為DN100的PVC化工管，并且整體焊接連接。運行一段時間后，管道的彎頭和支管連接處容易被雜質(zhì)結(jié)垢堵死，管壁也逐漸結(jié)垢，嚴重影響循環(huán)流量。故改為DN200的PVC化工管,單段長4 m，全部采取活套法蘭連接，方便清管道時拆卸和安裝。

4 改進效果

改進后，二段電積處理量穩(wěn)定上升，黑銅粉產(chǎn)量也逐漸增加，陽極板單批次雜質(zhì)嚴重超標次數(shù)明顯減少，黑銅板返爐也未發(fā)生放炮事件。2015年二段電積處理量和黑銅粉產(chǎn)量如圖3。

圖3 2015年二段電積處理量和黑銅粉產(chǎn)量

電解液中主要有害雜質(zhì)含量大幅下降，改進前后電解液中雜質(zhì)含量對比如表2。

使用黑銅槽內(nèi)接斗后，職工勞動強度明顯降低，原先每次換裝作業(yè)都超過6 h，現(xiàn)基本縮短在4 h之內(nèi)。黑銅粉不銹鋼轉(zhuǎn)運斗使用超過半年，表面無明顯腐蝕現(xiàn)象。進液管道改造后，每次結(jié)垢清理作業(yè)

表2 改進前后電解液雜質(zhì)對比 g/L

與出裝作業(yè)同時進行，不影響正常生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語

30萬t銅項目電解液中有害雜質(zhì)呈穩(wěn)定下降趨勢，電積工序能夠平衡電解液中Cu2+，控制雜質(zhì)濃度，二段電積工序運行穩(wěn)定可靠。電積脫銅產(chǎn)出的黑銅板返回轉(zhuǎn)爐，黑銅粉返回備料，雜質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)部開路，陽極板中雜質(zhì)含量減少，雜質(zhì)成分穩(wěn)定。優(yōu)化二段電積作業(yè)模式，減輕職工勞動強度，降低了職業(yè)健康危害，對相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)有借鑒意義。

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

[2] 肖劉萍,樂安勝，等.大冶冶煉廠二段電積脫銅生產(chǎn)實踐[J].湖南有色金屬，2012，(2)：34-36.

[3] 吳曉光.貴冶電解一系統(tǒng)凈液改造與優(yōu)化[J].有色金屬(冶煉部分)，2011，(2)：55-57.

[4] 吳文明.金隆電積脫銅脫砷生產(chǎn)實踐[J].有色金屬，2000，(8)：14-17.

[5] 毛志琨.銅電解液脫銅及脫雜技術(shù)探討[J].有色冶金設(shè)計與研究，2010，(6)：44-47.

[6] 鄭志萍,陳崇善.誘導法和并聯(lián)循環(huán)法脫銅砷的對比分析[J].銅業(yè)工程，2011，(6)：29-33.

西安交通大學揭示納米氦泡銅變形機理

亞微米尺度金屬材料的力學性質(zhì)不同于塊體材料，雖然其強度較高，但卻表現(xiàn)出變形失穩(wěn)等弱點，這不利于微納尺度器件的長期使用。

為了提高小尺寸材料的變形能力，西安交大材料學院微納中心碩士生丁明帥，在導師單智偉教授和韓衛(wèi)忠教授的指導下，借助原位納米力學技術(shù)，通過高溫氦離子注入在金屬銅中形成平均尺寸為6.6 nm的高密度氦泡，隨后加工出亞微米尺度試樣進行力學測試，發(fā)現(xiàn)單晶銅內(nèi)部的納米氦泡不僅是位錯的可剪切障礙物，能有效減緩位錯運動，同時還是活躍的內(nèi)部位錯源，使變形時位錯保持有效增值，進而產(chǎn)生更加均勻和穩(wěn)定的變形。在拉伸頸縮階段后期，氦泡會發(fā)生顯著長大和合并從而引起試樣的快速斷裂。該研究組還表示，納米氦泡對于提高亞微米尺度金屬材料的變形能力具有關(guān)鍵作用。

這一研究工作和結(jié)果為設(shè)計高性能金屬結(jié)構(gòu)材料和新型抗輻照損傷材料提供了新思路，特別是對于運用氦泡工程等理念設(shè)計高性能金屬材料和新型抗輻照損傷材料具有重要的指導意義。該項研究成果在線發(fā)表在《納米快報》上。

Production practice of stage II electro-winning and copper removing of copper electrolyte purification

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

This paper describes the electrolyte purification process of 300 kt/a copper electro-refining project in Daye Nonferrous Metals Group Co., Ltd., analyzes the problems in the operation of stage II electro-winning and copper removing and gives improving measures.

copper electro-refining; electrolyte purification; stage II electro-winning; Cu removing; As removing; black copper

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。

2015-10-12

TF811

B

1672-6103(2016)04-0007-03