丁成芳，楊家庭，杜耀春，張劉強(qiáng)，蘇思濤

（祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

在銅電解精煉過程中，電解液中銅離子濃度和雜質(zhì)離子都在不斷上升，為保障電解液循環(huán)使用，必須將電解液中的銅、酸及雜質(zhì)離子控制在一定的范圍之內(nèi)，來保證A級銅的質(zhì)量品位。凈液工序是以開路方式對廢電解液的銅、酸等濃度進(jìn)行調(diào)整控制，來保證整個銅電解工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。銅電解凈液工藝方法有很多，目前大多采用傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅、電積脫銅、旋流電積脫銅、平行流電積脫銅［1-2］等。

祥光銅業(yè)年產(chǎn)50萬t陰極銅項目分為兩期，一期20萬t陰極銅系統(tǒng)和二期30萬t陰極銅系統(tǒng)。凈液工序也分兩套，一期凈液工序和二期凈液工序。原有一期凈液工序主要進(jìn)行濃縮結(jié)晶，生產(chǎn)五水硫酸銅，同時進(jìn)行電積脫銅、脫雜，部分脫銅終液返回一期電解，部分脫銅終液濃縮生產(chǎn)硫酸鎳。二期凈液工序主要進(jìn)行電積一次脫銅和電積二次脫銅、脫雜，二次脫銅終液部分返回二期電解系統(tǒng)，部分二次脫銅終液進(jìn)入一期凈液工序進(jìn)行濃縮生產(chǎn)硫酸鎳。該工藝中部分銅進(jìn)入五水硫酸銅和純度不高的電積銅進(jìn)行銷售和轉(zhuǎn)入精煉車間進(jìn)行火法冶煉成銅陽極板。

結(jié)合目前祥光銅業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝實踐，對部分凈液工藝進(jìn)行改造優(yōu)化，以產(chǎn)出合格的A級銅和銅粉來提升高純銅的直收率和降低稀貴浸出作業(yè)輔料銅粉的采購成本。

2 改造依據(jù)及改造方案

2.1 改造依據(jù)

五水硫酸銅含有雜質(zhì)，銷售利潤較低，市場行情不好時存在積壓情況；同時凈液工段是通過濃縮結(jié)晶產(chǎn)出五水硫酸銅，蒸汽量消耗大、能耗高。前期在煙灰工序進(jìn)行五水硫酸銅重溶電積生產(chǎn)A級銅試驗，并進(jìn)行了充分實踐［3］，在此基礎(chǔ)上對電解車間凈液工序進(jìn)行了進(jìn)一步工藝改造。

本次工藝改造的原料為一期凈液脫銅終液和二期一次脫銅終液，其成分如表1所示。

表1 脫銅終液相關(guān)元素成分 g/L

2.2 改造產(chǎn)品

將原來一期五水硫酸銅副產(chǎn)品和二期凈液二次脫銅電積銅共同改造成脫銅電積作業(yè)，產(chǎn)出A級銅產(chǎn)品，將二期脫雜工序部分電積脫雜產(chǎn)出電積銅工藝改造成銅粉生產(chǎn)工藝［4-6］；經(jīng)過改造后得到5200t A級銅和200t左右銅粉。

2.3 原來工藝流程與改造后工藝流程

將一期凈液工序原有的硫酸銅濃縮結(jié)晶產(chǎn)五水硫酸銅工藝取消，保留電積脫銅、脫雜以及濃縮產(chǎn)出硫酸鎳工藝；將二期二次脫銅和脫雜工藝改為二次電積脫銅產(chǎn)A級銅和銅粉工藝以及脫雜工藝；將二期二次脫銅產(chǎn)電積銅殘極陰極換成不銹鋼陰極板和鈦板產(chǎn)出A級銅和銅粉，工藝管線和設(shè)備不做過多調(diào)整，主要對工藝運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

將一期脫銅終液和二期一次脫銅終液通過電解液泵輸送到二期原有的二次脫銅工序，通過高位槽直接給電解槽供液；采用中底部給液、槽面兩端溢流回液方式進(jìn)行電解液循環(huán)給液，經(jīng)過電積脫銅產(chǎn)出A級銅，在電積1～2h進(jìn)行刮粉產(chǎn)出銅粉，經(jīng)脫銅以后的電解液再電積脫雜產(chǎn)出電積銅、電積銅粒子和黑銅泥；產(chǎn)生的二次脫銅終液部分返回到二期電解系統(tǒng)，部分電解液打到一期凈液工序進(jìn)行濃縮回收硫酸鎳，最終的黑酸打入稀貴系統(tǒng)做浸出工序中酸浸氧化作業(yè)的稀硫酸輔料使用。

一期、二期凈液原工藝主要流程分別如圖1、圖2所示。

圖1 一期凈液工序原工藝流程圖

圖2 二期凈液工序原工藝流程圖

一期、二期改造后主要工藝流程分別如圖3、圖4所示。

圖3 一期凈液工序改造后工藝流程圖

圖4 二期凈液工序改造后工藝流程圖

2.4 工藝指標(biāo)與參數(shù)

利用一期脫銅終液和二期一次脫銅終液生產(chǎn)A級銅和銅粉主要工藝指標(biāo)和參數(shù)如表2所示。

表2 主要工藝指標(biāo)與參數(shù)

3 改造實踐

3.1 工藝生產(chǎn)運(yùn)行

該工藝改造利用原有工藝設(shè)備、設(shè)施，增加一臺剝片機(jī)組進(jìn)行陰極銅剝離，能基本滿足生產(chǎn)需求。

生產(chǎn)初期對一期和二期脫銅終液濃度進(jìn)行檢測，讓銅離子濃度維持在30～45g/L，根據(jù)生產(chǎn)需求，酸濃度基本控制在180g/L，槽面流量控制在25～50L/min·cell，運(yùn)行電流基本控制在9000～11000A，第一批陰極銅析出周期控制在10d出槽，第一批銅粉30min人工刮粉一次。產(chǎn)出的電解液輸送到后一步工序進(jìn)行電積脫銅和脫雜以及回收硫酸鎳產(chǎn)品。

3.2 工藝運(yùn)行中存在的問題

改造運(yùn)行后，產(chǎn)出的陰極銅表面粒子較多，外觀質(zhì)量差，雜質(zhì)硫和鉛超標(biāo)，經(jīng)排查、分析主要有以下幾個原因，并進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。

（1）添加劑加入量控制不穩(wěn)定。改造時每天還是根據(jù)理論計算結(jié)果，添加一次添加劑進(jìn)行循環(huán)，導(dǎo)致添加量不均勻。對策：增加計量槽根據(jù)理論計算24 h連續(xù)添加。

（2）初始操作人員對工藝調(diào)整不熟練。該改造工藝生產(chǎn)人員是由原電解二期凈液人員轉(zhuǎn)崗而來，雖然都有電積生產(chǎn)經(jīng)驗，但工藝調(diào)整后需要一段適應(yīng)期。對策：加強(qiáng)對工藝指標(biāo)細(xì)節(jié)管控，以及每天排出生產(chǎn)指令要求計劃表。

（3）陰極銅含鉛高。由于鉛陽極板容易脫皮，雖然采用套袋隔膜電積，但時間長了還會出現(xiàn)陰極銅含鉛高的情況。對策：對套袋完好性進(jìn)行定期檢查，并且定期對鉛陽極做好清洗和校正。

（4）陰極銅含硫高。初始生產(chǎn)由于添加劑調(diào)節(jié)不穩(wěn)定和銅濃度控制出現(xiàn)較低的情況，電銅泡洗時間短，導(dǎo)致陰極銅含硫高。對策：改變添加劑的添加方式，現(xiàn)為24h循環(huán)添加，銅的濃度控制在30～45g/L，增加電銅的沖洗時間和改善沖洗角度。

（5）銅粉產(chǎn)出顆粒不均勻。初始生產(chǎn)銅粉按照30min刮粉一次導(dǎo)致顆粒不均勻。對策：延長刮粉時間，1～2h刮粉一次，解決銅粉產(chǎn)出顆粒不均勻問題。

經(jīng)過1個月的生產(chǎn)摸索，在較好解決問題的同時，上述問題，陰極銅質(zhì)量也得到了明顯提升，板面變得致密、光滑，化學(xué)成分符合GB/T 467—2010陰極銅的標(biāo)準(zhǔn)要求，銅粉符合GB/T 5246—2007電解銅粉標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)出的陰極銅成分見表3，產(chǎn)出銅粉成分見表4。

表3 產(chǎn)出陰極銅成分 %

表4 產(chǎn)出銅粉成分 %

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

工藝改造后，每年減少8500t五水硫酸銅，可產(chǎn)出約2500tA級銅。其中，以前不純的電積銅有2700t轉(zhuǎn)化為A級銅，并產(chǎn)出銅粉200t。根據(jù)經(jīng)營核算，每銷售1t五水硫酸銅公司損失1185元。年度經(jīng)濟(jì)效益核算見表5。

表5 年度經(jīng)濟(jì)效益核算

由表5可見，每年將8500t硫酸銅和2700t電積銅轉(zhuǎn)產(chǎn)為uA級銅和銅粉，可產(chǎn)生效益2894.17萬元。由于祥光銅業(yè)蒸汽自產(chǎn)，因此實際產(chǎn)生1364.17萬元直接經(jīng)濟(jì)效益；同時每年在原50萬t陰極銅的基礎(chǔ)上最少增加1.1%高純銅產(chǎn)品直收率。

通過此項工藝改造，不僅可以解決電解生產(chǎn)中副產(chǎn)品庫存積壓、外售難、資金占壓、附加值低等問題，還可以提高純銅的直收率、經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率，也為下道工序的稀貴工藝輔料自產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。