孫發(fā)昌， 徐剛芳

(云南銅業(yè)股份有限公司， 云南 昆明 650102)

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低品位高雜質(zhì)陽極銅電解精煉生產(chǎn)實踐

孫發(fā)昌， 徐剛芳

(云南銅業(yè)股份有限公司， 云南 昆明 650102)

介紹了低品位高雜質(zhì)陽極銅電解的生產(chǎn)實踐，敘述了工藝參數(shù)控制和主要元素分布，探討了生產(chǎn)過程中指標優(yōu)化措施，并對生產(chǎn)成本進行分析。

低品位高雜質(zhì)； 陽極銅； 銅電解； 質(zhì)量控制； 元素分配； 生產(chǎn)成本

0 引言

目前銅冶煉加工企業(yè)再生金屬資源回收在行業(yè)得到發(fā)展，廢雜銅、電鍍污泥等混合含銅物料經(jīng)過沖天爐、鼓風爐、轉(zhuǎn)爐、反射爐等處理，產(chǎn)出90%～98%不同品位等級的陽極銅，再通過電解分離回收其中的鎳、金、銀等附加值較高的有價金屬。

廣東清遠某銅電解廠為適應市場，拓寬原料， 2013年4月份開始利用原有設施，進行低品位陽極銅電解規(guī)?；a(chǎn)嘗試，產(chǎn)品定位1#標準銅以上。實際生產(chǎn)中，產(chǎn)出的A級銅占比在85%以上，公司在低品位高雜質(zhì)陽極銅電解生產(chǎn)方面積累了豐富的技術經(jīng)驗。

1 生產(chǎn)工藝及技術參數(shù)

1.1 電解工藝基本參數(shù)

公司低品位高雜質(zhì)陽極銅電解生產(chǎn)充分利用原有設備，由于陽極銅主品位低、雜質(zhì)高，要求陰極銅產(chǎn)品達到1#標準銅以上等級，故采取低電流密度組織生產(chǎn)。電解工藝的基本技術參數(shù)如表1所示。

1.2 低品位陽極銅成分

以廢雜銅、電鍍污泥為原料生產(chǎn)出的陽極銅與目前同行電解所用的陽極銅相比，具有主品位低，鎳、金、銀、鈀等雜質(zhì)含量高的特點，本公司陽極銅化學成分如表2。

目前國內(nèi)外銅電解所用的陽極銅含銅通常在98.5%～99.5%，雜質(zhì)含量Sb<0.1%、Bi<0.04%、Ni<0.4%。 由表2可知，本廠陽極銅含銅僅為96.09%，雜質(zhì)Pb、Sb、Bi、Ni含量分別達0.267%、0.45%、0.065%、0.917%，具有銅品位低、雜質(zhì)含量高的特點，因此銅電解工藝控制和生產(chǎn)操作面臨極大的挑戰(zhàn)。

表1電解工藝基本技術參數(shù)

項目參數(shù)陽極銅:長×寬×厚870mm×84mm×(42±2)mm陽極銅單塊重260±5kg陰極片:長×寬×厚900mm×845mm×0.8mm單槽陰/陽極數(shù)量52/53塊陰陽極周期比1∶3同極中心距95mm正常生產(chǎn)時電流密度120～160A/m2電解液循環(huán)方式下進上出電解液過濾設備精細過濾機和板框過濾機電解液加熱設備鈦列管式換熱器供蒸汽設備10t鍋爐

1.3 工藝流程

低品位高雜質(zhì)陽極銅電解利用公司原電解設施，并根據(jù)生產(chǎn)實際需要逐步新增了精細過濾、溶銅和硫酸鹽生產(chǎn)設施。工藝流程如圖1所示。

2 生產(chǎn)實踐

2.1 生產(chǎn)工藝技術控制

合理的工藝控制是保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定及各項指標優(yōu)化的基礎，由于低品位陽極銅的特點，生產(chǎn)中通過不斷摸索，針對性地采取了相應的技術控制手段。

表2陽極銅化學成分

日期Cu/%Pb/%As/%Sb/%Bi/%Ni/%Sn/%Fe/%Zn/%O/%S/%Au/g·t-1Ag/g·t-1Pd/g·t-13月95.660.3970.720.4290.0541.2810.2920.0170.0260.1540.01736.131194.8912.974月96.020.2580.8550.3570.0350.980.2010.0180.0180.1320.03136.531411.5921.215月95.460.3031.0820.4790.221.1000.1070.0130.0100.1120.01935.921300.8717.556月96.190.3100.8810.4680.0170.9410.1680.0150.0120.1180.01640.031466.1016.887月96.550.2810.7650.3530.0190.9870.0630.0110.0140.0790.01235.081569.4215.678月95.700.2761.0310.5990.2370.8580.1520.0190.0140.0990.01439.232788.2614.909月96.570.3040.7110.4370.0430.7790.1340.0170.0210.0750.02435.701606.5611.8910月96.110.2370.7490.4670.0340.8390.0490.0150.0060.1210.04131.911408.5614.6411月95.930.2040.9290.4060.0301.0480.0950.0130.0030.1230.08530.141169.1214.10平均96.090.2670.8660.4500.0650.9170.1260.0160.0130.1120.03434.901603.2415.03

圖1 低品位高雜質(zhì)陽極銅電解工藝流程圖

2.1.1 電解液體系控制

為降低電解液粘度，提高導電性，電解過程中控制電解液低銅高酸，提高導電性，并且氯離子含量按60～80 mg/L控制[1]，較礦產(chǎn)陽極銅電解時高。提高氯離子含量是為了降低陰極銅含銀，使銀與氯離子更完全地結(jié)合沉入電解槽底，以陽極泥形式得以回收。由于陽極銅含銅低，將單槽電解液流量提高至40 L/min，一方面避免出現(xiàn)銅離子貧化現(xiàn)象，另一方面在低電流密度條件下，維持電解液溫度在要求的范圍內(nèi)，有利于產(chǎn)出合格的陰極銅產(chǎn)品。電解液成分見表3。

2.1.2 電流密度控制

低品位陽極銅電解過程中銅離子不斷貧化，貧化速率每天0.15～0.2 g/L，銅離子的貧化通過溶解硫酸銅來平衡。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，電流密度升高，槽電壓也隨之升高，鈍化現(xiàn)象越明顯。當電流密度升高至180 A/m2以后，槽電壓升高更快。因此，低品位高雜質(zhì)陽極銅電解，電流密度不宜高于200 A/m2。不同電流密度條件下的槽電壓變化如圖2所示。

表3 電解液成分 g/L

圖2 槽電壓與電流密度的關系

2.1.3 添加劑控制

有文獻資料報道，添加劑明膠在高溫、酸性溶液中的時效性僅為20 h。添加劑加入方式有從電解液循環(huán)槽直接加入、從電解槽面直接加入、在電解液高位槽添加等多種，每種方式各有其優(yōu)缺點。為了確保添加劑的有效性和均勻性，本公司采取從高位槽出口的供液管加入添加劑，每8 h添加一次，按明膠180～200 g/tCu、硫脲80～100 g/tCu添加。

2.1.4 操作及工藝控制

根據(jù)陽極銅的化學成分和物理外形進行分類，并分區(qū)域存放及管理，采用不同的電解工藝控制手段進行電解，每4～6 d更換槽內(nèi)電解液，對電解液采取三級過濾(一級壓濾、二級過濾、三級精細過濾)，有效降低電解液中懸浮物的含量。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量及金屬元素走向

2.2.1 陰極銅質(zhì)量

所產(chǎn)陰極銅中A級銅占85%、1號銅占10%、2號銅占5%，產(chǎn)品符合不同品級陰極銅國標要求，質(zhì)量整體穩(wěn)定。陰極底部板面的陽極泥粒子影響產(chǎn)品質(zhì)量，槽面操作管理中，一個陰極周期2次定期對電解液進行置換過濾，清洗陽極泥[2]，以減少懸浮陽極泥對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

2.2.2 銅陽極泥成分

陽極泥產(chǎn)率3.3%，高于其他廠家1%的指標，主要原因是陽極銅品位低，雜質(zhì)含量高。陽極泥化學成分如表4所示。

表4銅陽極泥化學成分

日期Cu/%Au/g·t-1Ag/g·t-1Pd/g·t-1Ni/%As/%Sb/%Bi/%Pb/%Se/%Sn/%4月10.78745.7749494.11195.424.58——————5月14.26945.1040274.83508.095.305.969.300.68———6月14.90885.0934527.29434.444.656.678.480.498.920.95—7月13.51920.4738030.31402.323.407.419.220.497.720.853.068月11.441030.0746270.00497.834.467.7210.200.758.081.093.449月10.69936.4659174.73395.023.737.2911.072.326.680.953.1710月10.89917.3449714.52342.162.598.1711.961.788.410.856.9511月13.76964.8845449.85379.585.368.1012.141.768.440.915.78

由于流程設施不完善，陽極泥作為副產(chǎn)品直接對外銷售。

2.2.3 陽極銅中主要元素分布走向

表5為陽極銅中主要元素分布走向。

表5 陽極銅中主要元素分布走向 %

從表6可以看出，雜質(zhì)Sb、Pb、Sn主要進入陽極泥中，F(xiàn)e、Zn主要被副產(chǎn)品粗制硫酸鎳帶走。陽極銅中的S對Ni的走向影響比較大，S含量越高，Ni進入陽極泥的比例越高，進入電解液中比例降低，影響Ni回收。陽極銅中S與陽極泥中Ni的相互關系如圖3所示。

圖3 陽極銅中S含量對Ni分布的影響

3 主要技術經(jīng)濟指標及成本分析

3.1 主要技術經(jīng)濟指標

銅電解精煉主要技術經(jīng)濟指標見表6。殘極率14.04%，電流效率95.83%，直流電耗233.5 kWh/tCu，交流電耗409.24 kWh/tCu，蒸汽單耗0.75 t/tCu。由于陽極銅主品位低，雜質(zhì)含量高，所產(chǎn)陰極銅有A級銅、1#銅、2#銅三種品級。由于電流密度較低，直流電耗也低，主要是電解液凈化系統(tǒng)電耗高所致。金屬回收率中，Ni受陽極銅中S、O含量影響比較大，回收率相對比較低，主要表現(xiàn)為陽極泥中Ni含量高。

表6主要技術經(jīng)濟指標

項目單位指標值電銅A級品率%85.26殘極率%14.04電流效率%95.83直流電耗kWh/tCu233.50交流電耗kWh/tCu409.24蒸汽單耗t/tCu0.75Cu回收率%99.61Au回收率%94.17Ag回收率%96.69Pd回收率%94.93Ni直收率%81.58

3.2 生產(chǎn)成本

陰極銅單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本為563.01元/tCu，其中燃料動力費達495.49元/tCu，占生產(chǎn)成本的88%，而蒸汽費用又占到燃料動力費的62%，主要是電解液凈化流程中硫酸銅、硫酸鎳生產(chǎn)工序采用常壓蒸發(fā)工藝，蒸汽消耗高。生產(chǎn)成本構成見表7。

表7電解生產(chǎn)成本構成

成本項目噸銅單位成本/元一、材料/輔料33.09 鹽酸0.84 硫酸2.25 硫脲2.49 明膠8.63 備件、材料18.88二、燃料及動力495.49 交流電186.91 蒸汽308.42 水0.16三、修理費34.43 生產(chǎn)成本563.01

4 結(jié)論

低品位高雜質(zhì)陽極銅電解生產(chǎn)時，采用較低的電流密度(小于200 A/m2)，控制電解液高酸高氯離子濃度，增大電解液循環(huán)量，增加電解液過濾頻次等，有利于提高陰極銅產(chǎn)品的合格率。另外，陽極銅中S含量對鎳進入陽極泥影響較大，S含量高，鎳進入陽極泥的比例增大。

[1] 曹昌盛等.低品位陽極大板高電流長周期銅電解生產(chǎn)實踐[J].有色金屬(冶煉部分)，2011，(4):6-9.

[2] 葉謂林.低品位銅陽極電解工藝的探索[J].浙江冶金，1997，(4):30-33.

Production practice of low-grade and high-impurity anode copper electrorefining

SUN Fa-chang，XU Gang-fang

This paper briefly introduces the production practice of low-grade and high-impurity anode copper electrorefining, and describes the process parameter control and main elements distribution. It also discusses the index optimization measures in the production process and analyzes the production cost.

low grade and high impurity; anode copper; copper electrorefining; quality control; element distribution; production cost

孫發(fā)昌(1973-)，男，云南石屏人，工程師，主要從事銅電解工藝技術及管理工作。

2015-10-28

2016-06-16

TF811

B

1672-6103(2016)04-0010-04