于冰新

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 黃石 435005)

銅電解精煉過(guò)程中隨著陽(yáng)極板中銅及砷、銻、鉍等雜質(zhì)的溶出，電解液中的銅及鎳、砷、銻、鉍等離子濃度也會(huì)逐漸增加。為保證電解的正常進(jìn)行，電解系統(tǒng)每天需抽出部分電解液進(jìn)行凈化處理，以脫除電解液中多余的銅及超過(guò)限額的雜質(zhì)，確保陰極銅質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)銅電解液凈化脫銅工藝主要包括：①脫銅，一般以CuSO4·5H2O或電積生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅脫去；②除As、Sb、Bi，采用方法較多，廣泛采用電積法或萃取法[1]。

1 凈化脫銅系統(tǒng)工藝方案選擇

1.1 脫銅工藝選擇

對(duì)脫銅來(lái)說(shuō)，目前主要的工藝方法有：生產(chǎn)硫酸銅、傳統(tǒng)的直接電積脫銅、旋流電積脫銅等[2-4]。其中生產(chǎn)硫酸銅的方法是以硫酸銅為脫銅的最終產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)是硫酸銅可作為返溶的物料方便調(diào)節(jié)電解系統(tǒng)中的銅含量，但其受限于市場(chǎng)銷路不理想。電積脫銅所采用的各種設(shè)備基本上與銅電解相同，陰極仍為銅始極片，只有陽(yáng)極為鉛合金。傳統(tǒng)的電積脫銅法可以生產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)陰極銅出售，但在隨后的脫雜過(guò)程中產(chǎn)出的黑銅含銅較高，出售價(jià)格較低，返爐會(huì)增加生產(chǎn)成本。旋流電積技術(shù)作為一種新型多金屬的提純與分離技術(shù)，主要的特點(diǎn)是在高電流密度下，通過(guò)溶液的高速旋轉(zhuǎn)消除濃差極化，從而可從低品位的銅溶液中回收金屬銅。但此方法出銅操作復(fù)雜，自動(dòng)化程度不高，作業(yè)率相對(duì)較低。另外相同脫銅量條件下所需設(shè)備(電積槽)數(shù)量比傳統(tǒng)電積多，占地面積大，投資相對(duì)較大。目前國(guó)內(nèi)廠家以生產(chǎn)硫酸銅及標(biāo)準(zhǔn)電積銅為主，工藝相對(duì)成熟，綜合效益較高。大冶原電解凈化脫銅就是采用電積脫銅產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)陰極銅生產(chǎn)工藝，工藝成熟可靠，操作簡(jiǎn)單 ，便于管理，技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定。另外由于大冶30萬(wàn)t項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，在相同脫銅量條件下如采用旋流電積技術(shù)則現(xiàn)場(chǎng)面積不夠。

近三年來(lái)陽(yáng)極板成分見表1。

從表1可以看出，近三年來(lái)陽(yáng)極板含Cu：99.10%，As：0.09%，Sb：0.07%，Bi：0.02%，Ni：0.13%。陽(yáng)極板品位相對(duì)較低，成分波動(dòng)較大(最低為98.95%，最高為99.25%)，雜質(zhì)含量較高。另外不銹鋼陰極電解工藝對(duì)電解液中的雜質(zhì)含量要求相對(duì)較高，這就需要凈化工序能夠根據(jù)陽(yáng)極板的波動(dòng)情況隨時(shí)應(yīng)對(duì)凈液任務(wù)的波動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)雜質(zhì)含量較高時(shí)，必須加大凈液量；同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)銅品位較低時(shí)，需要以硫酸銅作為返溶物料來(lái)調(diào)節(jié)電解液銅含量。另外設(shè)計(jì)者想達(dá)到隨著市場(chǎng)利好可以隨時(shí)調(diào)整產(chǎn)品種類而獲得最大效益的目的。

綜合以上因素考慮，最終選擇了以電積生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅為主，配以真空蒸發(fā)硫酸銅為備用的脫銅方案。當(dāng)凈液任務(wù)量大時(shí)，真空蒸發(fā)硫酸銅還可以串在電積標(biāo)準(zhǔn)銅后使用，最大限度實(shí)現(xiàn)凈液量。本方案對(duì)生產(chǎn)的波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)出的產(chǎn)品可以根據(jù)市場(chǎng)利好隨時(shí)調(diào)整，不僅最大限度地保證了脫銅量的富余，而且使產(chǎn)品具有機(jī)動(dòng)性。

1.2 脫雜工藝選擇

目前，脫砷銻鉍的方法有：萃取法、共沉淀法、氧化法、誘導(dǎo)法等[5]。前三種方法用于實(shí)踐較少，只有國(guó)外個(gè)別廠家采用。誘導(dǎo)法技術(shù)采用階梯式布置電解槽、溶液串聯(lián)流動(dòng)并通過(guò)主、輔給液的辦法，保持溶液中銅的離子濃度在一定范圍內(nèi)，此時(shí)砷與銅一起以誘導(dǎo)型合金的形式電解析出。該法砷銻鉍的脫除率可達(dá)85%以上，脫除率高、處理量大、能耗相對(duì)較低，條件控制適當(dāng)幾乎不產(chǎn)出砷化氫氣體，環(huán)境相對(duì)較好。在目前老電解脫雜系統(tǒng)中就采用該工藝，共有2個(gè)系列，其中，一系24槽，二系20槽，每系日溶液處理量150～200 m3，銅平均直流電單耗2 000 kW·h/t·Cu，單槽槽壓在1.8～2.2 V，該工藝成熟流程簡(jiǎn)單。

綜合以上因素考慮，本次設(shè)計(jì)采用二段脫銅及誘導(dǎo)法脫砷銻鉍工藝。

1.3 工藝流程圖

經(jīng)過(guò)論證30萬(wàn)t/a電解項(xiàng)目脫銅凈液系統(tǒng)最終采用以電積脫銅為主，真空蒸發(fā)生產(chǎn)硫酸銅為輔—誘導(dǎo)脫砷銻鉍的生產(chǎn)工藝流程。具體工藝流程見圖1。

硬件方面，一是積極構(gòu)建跨境電商服務(wù)一體化平臺(tái)，為第三方服務(wù)平臺(tái)和電子商務(wù)企業(yè)提供市場(chǎng)產(chǎn)品信息查詢、企業(yè)信用和市場(chǎng)咨詢等公共服務(wù)，為市場(chǎng)交易提供準(zhǔn)確、合法的企業(yè)和產(chǎn)品信息。整合信用網(wǎng)內(nèi)涵蓋的公安、稅務(wù)、法院、海關(guān)等政府部門的企業(yè)相關(guān)信息資源，提高跨境物流以站式服務(wù)，提高物流效率；二是加強(qiáng)海外倉(cāng)和邊境倉(cāng)建設(shè)，提高物流效率，縮短配送周期；三是加強(qiáng)基礎(chǔ)物流設(shè)施建設(shè)。跨境電商的目標(biāo)市場(chǎng)，正在從歐美發(fā)達(dá)國(guó)家擴(kuò)大到更多的發(fā)展中國(guó)家，這就需要加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)匚锪?、支付體系，包括互聯(lián)網(wǎng)和電信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

脫銅主流程為：電解車間廢電解液經(jīng)過(guò)電積脫銅(一段脫銅)產(chǎn)出的標(biāo)準(zhǔn)陰極銅外售，電積后液部分返回電解系統(tǒng)，部分進(jìn)行誘導(dǎo)脫砷銻鉍(二段脫銅)。二段脫銅產(chǎn)出的黑銅(黑銅粉)返回火法系統(tǒng)，脫銅后液部分返回電解車間，其余送稀貴廠硫酸鎳車間進(jìn)行脫鎳處理，脫鎳后液返回電解車間。 硫酸銅系統(tǒng)作為備用。

2 脫銅廠房設(shè)計(jì)

因30萬(wàn)t/a銅電解現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，在凈化脫銅總量不變的條件下，一、二段電積脫銅廠房如何選擇及布局是設(shè)計(jì)者所面臨的問(wèn)題。最初，設(shè)計(jì)有三大焦點(diǎn)，一是一、二段終液含銅濃度為38 g/L還是25 g/L；二是以哪種雜質(zhì)所需凈液體積作為二段凈液體積；三是凈液脫銅廠房選擇及大小電積槽選擇。

2.1 凈液總量的計(jì)算

根據(jù)表1中陽(yáng)極板的品位及主要雜質(zhì)含量，設(shè)計(jì)陽(yáng)極板成分為：Cu:99.10%，As:0.15%，Sb:0.07%，Bi:0.03%，Ni:0.15%?？紤]到電解系統(tǒng)的擴(kuò)建及充分考慮凈化系統(tǒng)脫雜任務(wù)的波動(dòng)，按年產(chǎn)陰極銅35萬(wàn)t，產(chǎn)1 t陰極銅需溶解陽(yáng)極板1.032 t，結(jié)合表2中的溶出率等凈液量計(jì)算條件，分別計(jì)算銅及各雜質(zhì)所需要的電解液凈化量。

表2 凈液量計(jì)算條件

按Cu計(jì)算需要凈化的電解液量：

Q=(350 000×1.032×99.1%×1.93%×1 000)÷(98%×45×330)=474.71 m3/d

其他元素計(jì)算過(guò)程類似，凈化脫銅及脫雜所需凈液量見表3。

表3 凈化脫除銅及雜質(zhì)元素所需要凈液量 m3/d

從表3中可以得出：凈化脫銅所需凈液量為Cu 474.71 m3/d，即每天凈化系統(tǒng)需要脫掉金屬Cu：474.71 m3/d×(45-0.5) g/L÷1 000=21.124 t。

2.2 一、二段終液含銅成分的確定

國(guó)內(nèi)廠家一般將一段脫銅終液含銅控制在35 g/L以上，二段終液濃度控制在3 g/L以上。大冶為減少凈液循環(huán)體積，將二段終液含銅濃度確定為0.5 g/L。當(dāng)一段終液濃度為38 g/L時(shí)，一段過(guò)流電解液量大，每天一段脫銅液進(jìn)出1 700 m3以上；二段電積因起點(diǎn)濃度高了，槽數(shù)也將增加；同時(shí)，由一段分流回主系統(tǒng)的處理后液量也大增。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)空間及轉(zhuǎn)液量等問(wèn)題綜合考慮，將一段終液含銅濃度確定為25 g/L。

為了減少一段分流回主系統(tǒng)的處理后液，盡可能提高脫雜量，最終確定以鉍的凈液體積作為二段電積溶液量即：231 m3/d，考慮到陽(yáng)極板成分的波動(dòng)，確保電銅質(zhì)量，設(shè)計(jì)二段脫銅凈液量為250 m3/d。對(duì)應(yīng)的二段脫銅量為：250 m3/d×(25-0.5)g/L÷1 000=6.125 t；一段脫銅量為：21.124-6.125=14.999 t。即一段脫銅產(chǎn)出的標(biāo)準(zhǔn)陰極銅產(chǎn)量為14.999 t，二段脫銅產(chǎn)出的2#銅及黑銅產(chǎn)量為6.125 t。

2.3 廠址及電積槽型選擇

因30萬(wàn)t/a電解項(xiàng)目場(chǎng)地狹小，同時(shí)為節(jié)省投資和減少工程量，一二段脫銅最初有三種方案設(shè)想：方案一：將原電解一系改造成一二段脫銅廠房。電解一系有3 200 mm×1 140 mm電解槽140個(gè)(小槽)，本項(xiàng)目需配置64+96=160個(gè)槽，面積不夠。方案二：改造小板二系，利用現(xiàn)有小槽。該方案缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)液距離遠(yuǎn)管線長(zhǎng)不便管理，總產(chǎn)能損失量大約2萬(wàn)t/a。方案三： 在T20位置新建一、二段脫銅廠房，新置5 190 mm×1 180 mm×1 400 mm大板脫銅槽，占地面積剛剛夠，但總投資比較大。從發(fā)展趨勢(shì)看，小板電解最終將會(huì)被淘汰。小板脫銅的始極片只能將大板的始極片剪切使用，極為不便。另外方案三離30萬(wàn)t/a銅電解現(xiàn)場(chǎng)距離近，便于轉(zhuǎn)液與管理。因此最終選擇了方案三，在有限的空間內(nèi)為確保凈液任務(wù)量采用高電流密度，一段240 A/m2，二段220 A/m2。

2.4 脫銅槽數(shù)的確定與布置

一、二段脫銅理論脫銅量分別為14.999 t/d和6.125 t/d。采用5 190 mm×1 180 mm×1 400 mm的大電積槽，具體槽數(shù)計(jì)算見表4。

表4 一、二段脫銅槽槽數(shù)計(jì)算表

結(jié)合表4，考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的布局及電解槽配置原則，最終選定56個(gè)電積脫銅槽，分別布置在一二段廠房的東西端。其中一段脫銅32個(gè)電積槽，分四組配置，每組8槽。二段脫銅24個(gè)電積槽，分四組階梯配置，每組6槽。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)論證， 30萬(wàn)t/a銅電解項(xiàng)目?jī)粢合到y(tǒng)最終選擇了電積脫銅(真空蒸發(fā)生產(chǎn)硫酸銅)—誘導(dǎo)脫砷銻鉍的生產(chǎn)工藝流程。

(2)30萬(wàn)t/a項(xiàng)目?jī)粢好撱~總量為21.124 t/d，其中一段脫銅量為14.999 t/d，二段脫銅量為6.125 t/d。一段終液含銅濃度為25 g/L，二段終液含銅濃度為0.5 g/L。

(3)采用高電流密度生產(chǎn)，一段為240 A/m2，二段220 A/m2。

(4)采用56個(gè)尺寸為5 190 mm×1 180 mm×1 400 mm的大電積脫銅槽。其中一段脫銅32個(gè)電積槽，分四組配置，每組8槽。二段脫銅24個(gè)電積槽，分四組階梯配置，每組6槽。