張 鵬，賴桂華，衷水平,2,3，張興勛，康錦程，伍贈玲,2，王 韜

(1.紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室，福建 上杭 364200；3.江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000)

高電流密度電積技術(shù)在銅冶煉廠的現(xiàn)場應(yīng)用

張 鵬1，2，賴桂華1，衷水平1,2,3，張興勛1，康錦程1，伍贈玲1,2，王 韜1

(1.紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室，福建 上杭 364200；3.江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000)

在275 A/m2高電流密度下電積銅，電積系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)出的銅產(chǎn)品外觀形貌與質(zhì)量都達到指標(biāo)要求；溶液中鐵離子質(zhì)量濃度為6 g/L時，電積槽電流效率為88%。高電流密度電積技術(shù)對濕法煉銅廠擴大產(chǎn)能提供了行之有效的技術(shù)保證。

高電流密度；銅；電積；現(xiàn)場應(yīng)用

我國銅礦資源品位低，采用傳統(tǒng)選冶工藝開發(fā)能耗大、成本高、環(huán)保壓力大[1]。國際上興起的生物堆浸技術(shù)給該類資源的開發(fā)提供了高效、清潔的利用途徑。早期某礦山建立的硫化銅礦生物堆浸—萃取—電積銅廠，一直以來運行穩(wěn)定，經(jīng)濟社會效益較好，但隨著礦山開發(fā)規(guī)模擴大，煉銅廠的產(chǎn)能也不斷擴大，目前銅電積系統(tǒng)基本上滿負荷生產(chǎn)，要擴大產(chǎn)能，一方面需要增加電積槽，但這需要加大投資；另一方面，可適當(dāng)提高電流密度，但可能會出現(xiàn)陰極銅板面不平整等問題[2-3]。

目前，國外銅電積廠的電流密度都控制的較高，而國內(nèi)銅電積系統(tǒng)的電流密度大都控制在220 A/m2左右，最大不超過250 A/m2，有適當(dāng)提高的空間。通過小型試驗、中型試驗，提高電流密度獲得了外觀形貌與質(zhì)量都合格的陰極銅成品，在此基礎(chǔ)上，將高電流密度電積技術(shù)應(yīng)用到濕法煉銅廠的電積車間，以期提高電積銅產(chǎn)能。

1 工藝流程

銅冶煉過程中，通常采用電積法從含銅溶液中提取銅，電極為不溶(惰性)陽極。電積過程中，所有沉積在陰極上的銅都來源于銅溶液，隨電積過程的進行，溶液中銅濃度不斷下降，繼而產(chǎn)生濃差極化。電積過程中提高電流密度的技術(shù)瓶頸在于會加劇濃差極化，即電流密度高時銅離子在陰極上析出加快，溶液中的銅離子來不及遷移到陰極板，造成陰極板附近銅離子濃度偏低[4-5]。這種現(xiàn)象導(dǎo)致陰極板附近的雜質(zhì)電極電位升高并在陰極析出，使得陰極銅質(zhì)量下降，槽電壓增高，增大電耗的同時降低電流效率；同時電流密度過大還會導(dǎo)致陰極銅結(jié)晶顆粒變粗。

試驗工藝流程如圖1所示[6]?，F(xiàn)場考察古爾膠用量、硫脲用量和電積液流速對陰極銅形貌的影響，通過電積過程中出現(xiàn)的濃差極化及電積銅形貌特點、電流效率、電壓與電耗等分析高電流密度技術(shù)的實際應(yīng)用情況。

圖1 現(xiàn)場試驗工藝流程

2 高電流密度電積工藝的應(yīng)用

2.1 初始條件

控制電流為25 000 A(約275 A/m2)，主要在3個系列中進行試驗，每個系列有9個電積槽，每槽47塊陽極板、46塊陰極板。電積條件：電流25 000 A，溶液循環(huán)過程中在高位槽添加古爾膠120 g/tCu、硫脲60 g/tCu，溶液溫度保持在44～45 ℃，進液銅質(zhì)量濃度維持在50 g/L以上，電積液流量控制在7.8～7.9 m3/h之間，鐵離子質(zhì)量濃度維持在6 g/L[6-10]。

2.2 濃差極化與溶液酸度

采用高電流密度前后，電積液中銅、酸濃度分析結(jié)果見表1。

表1 電積過程中銅、酸質(zhì)量濃度的變化

從表1看出：電積后，電積液中銅離子質(zhì)量濃度平均降低3.3 g/L，酸質(zhì)量濃度平均升高3.8 g/L。電積過程中，通過調(diào)整添加劑與增大溶液流速方法在一定程度上可削弱濃差極化現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.3 陰極銅形貌

電積結(jié)束后出槽剝板，陰極板形貌絕大部分較好，并且?guī)缀跛胁蹆?nèi)陰極板頂部都比較光滑；整槽只有少數(shù)幾塊陰極板底部略微粗糙、有豎條紋；少部分陰極板底部出現(xiàn)瘤：所以，在25 000 A(275 A/m2)電流密度下，電積系統(tǒng)運行穩(wěn)定，生產(chǎn)的成品銅外觀形貌達到生產(chǎn)要求。出槽后對每批陰極板取樣分析，其質(zhì)量也都符合要求。

2.4 電流效率

電積周期結(jié)束后進行剝板，對3個系列(各系列都有9個單槽)陰極板稱重，根據(jù)理論產(chǎn)銅量計算電流效率，以及根據(jù)各系列中各槽單獨計算電流效率，結(jié)果分別見表2、3。

表2 各系列電積電流效率

表3 各系列單槽電流效率 %

從表2、3看出：各系列電流效率在87%～88%之間；各槽電流效率在85%～90%之間?？梢姡捎酶唠娏髅芏入姺e技術(shù)，可實現(xiàn)電積槽88%的電流效率，這為擴大產(chǎn)能提供了技術(shù)依據(jù)。

2.5 槽電壓與電耗

現(xiàn)場硅整流輸出電壓見表4。3#硅整流總輸出電壓平均為55.46 V，平均槽壓為2.08 V，其中3個系列槽電壓平均累計54.76 V，線路損失0.7 V；各系列單槽理論產(chǎn)銅3.884 t，實際3個系列累積產(chǎn)銅91.58 t，實際電耗為186 250 kWh，整個電積過程電耗為2 033.7 kWh/tCu。

表4 各系列槽電壓 V

2.6 實際應(yīng)用

在前期研究基礎(chǔ)上，將高電流密度電積技術(shù)應(yīng)用到濕法煉銅廠電積車間，同時對生產(chǎn)設(shè)備進行改造。在不增加成本情況下，產(chǎn)能得以擴大，通過調(diào)整工藝參數(shù)獲得了形貌較好、質(zhì)量合格的陰極銅。技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 電積過程技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)論

在275 A/m2高電流密度條件下，通過調(diào)整溶液循環(huán)過程中古爾膠與硫脲用量，增大一定量溶液循環(huán)流速，可使電積前后溶液中銅離子質(zhì)量濃度相差3.3 g/L，一定程度上削弱了濃差極化對電積銅生產(chǎn)的影響。

采用高電流密度電積技術(shù)，電積槽電流效率可達88%，能很好地滿足電積要求，而且電積系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)出的成品銅外觀形貌與質(zhì)量都能達到指標(biāo)要求。高電流密度電積技術(shù)為濕法煉銅廠擴大產(chǎn)能提供了行之有效的技術(shù)保證。

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Application of High Current Density Copper Electrowinning Process

ZHANG Peng1,2,LAI Guihua1,ZHONG Shuiping1,2,3,ZHANG Xingxun1,KANG Jincheng1,WU Zengling1,2,WANG Tao1

(1.ZijinMiningGroupCo.,Ltd.，Shanghang364200，China;2.StateKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofLow-GradeRefractoryGoldOres，Shanghang364200，China;3.JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China)

Copper electrowinning by high current density(at 275 A/m2)technology，the electrowinning system can operate stablely，the product appearance quality and chemical composition meet the requirements.When the concentration of iron ion in solution is 6 g/L，the current efficiency can reach 88%.The high current density electrowinning process provides a feasible method for copper hydrometallurgy smelter to expand production capacity.

high current density;copper；electrowinning;application

2016-08-17

國家自然科學(xué)基金資助項目(51364016)。

張鵬(1989-)，男，江西南昌人，碩士，工程師,主要研究方向為銅礦濕法冶煉、冶金過程模擬。 E-mail：zjkyy_zp89@yahoo.com。

TF803.27;TF811

A

1009-2617(2017)02-0148-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.02.014