银电解精炼的清洁生产的实践

2013-03-17黄顺红朱安玲

湖南有色金属 2013年1期

万斯，陈伟，黄顺红，王兵，李倩，朱安玲

(湖南有色金属研究院，湖南长沙 410015)

清洁生产是一个系统工程，一方面通过工艺改造、设备更新、废物回收利用等途径实现“节能、降耗、减污、增效”，从而降低生产成本，提高企业的综合效益;另一方面通过强调提高企业的管理水平，提高企业员工在经济观念、环境意识、参与管理意识、技术水平、职业道德等方面的素质。开展清洁生产还可以有效地树立并提升企业的良好社会形象，同时还可以有效改善企业员工的工作环境和操作条件，减轻生产过程对员工健康的影响。通过对环境的有力保护而获得公众对企业的支持并提高公众对其产品的认知程度，提高企业的市场竞争力［1～6］。

目前银电解精炼清洁生产主要集中于电解液循环利用和提高电解电流强度等清洁生产技术研究［7～15］，关于银电解精炼的清洁生产系统研究较少。推行银电解精炼清洁生产方案可以实现企业环境效益、经济效益双赢，为银电解精炼企业的可持续发展奠定基础。

1 国内外银电解精炼技术指标

目前，国内尚未发布银电解精炼清洁生产审核标准和指标体系。本次清洁生产审核各项指标主要与依据国内外银电解精炼技术指标相比较，挖掘企业清洁生产潜力，提出清洁生产生产目标，实施清洁生产审核无/低和中高费方案，为企业带来环境和经济效益。国内外银电解精炼技术指标［16］分别见表1和表2。

表1 国外某些工厂的银电解技术经济指标

表2 国内银电解精炼的主要技术条件

2 企业银电解生产工艺流程

企业电解精炼银的主要工序有:熔铸—电解—洗涤—烘干—熔铸—铸锭，银电解精炼的过程中有酸雾产生;在银粉洗涤的工序中，用水直接洗涤电解后的银粉，企业电解精炼银的工艺流程及产污节点如图1所示。

企业电解精炼银生产工艺过程分为三个阶段:装槽前的准备、银电解的正常维护和电银的取出。

1.装槽前的准备:使用99%的粗银通过晶闸管中频电源控制地炉熔铸制为特殊形状的15 kg银阳极板，然后利用台式多用钻床打孔银阳极板，阳极入槽前打平，并去掉飞边毛刺，套上涤纶布袋，挂在阳极导电棒上。阴极用钛片，用过的阴极板入槽前刮掉表面银粉。用含银90 g/L和硝酸8 g/L的硝酸银溶液作为电解液，注入(Φ0.7 m×1.0 m)高位槽。在电解槽(4 m3×2)中分别装入银阳极和钛阴极，注入电解液，检查极板与挂钩、挂钩与导电棒、导电棒与导电板之间的接触是否良好，电路连接检查无误后通电进行电解。装槽前的准备过程中地炉熔铸制为特殊形状的银阳极和台式多用钻床打孔银阳极板为人工操作。

2.银电解的正常维护:保持电解液缓缓循环流动，使槽内电解液成分均匀，温度稳定;定期开动搅拌装置，防止阴极析出的枝状银结晶因过长而使阴阳极短路;保持导电棒与阳极挂钩及导电板之间的接触良好，维持槽电压在2 V左右。银电解的正常维护过程中搅拌装置和电解液循环流动为自动操作。

3.电银的取出:电银析出一定数量后，取出阴极，刮掉表面银粉。采用带式运输机将银粉运出槽外。电银用温水洗涤，烘干后，送去熔化铸锭(15 kg 1#银)。阳极溶解至残缺不堪后，取出更换新板，阳极袋中积聚的阳极泥，定期取出，精心收集，洗涤、干燥后再做处理。电银的取出过程中阴极表面银粉刮落、银粉的收集、电银的洗涤、银粉熔化铸锭、阳极泥洗涤和阳极板更换为人工操作，银粉运出槽外为自动操作。

图1 银电解精炼系统生产工艺流程图

3 企业清洁生产水平

3.1 企业物料平衡

为了对清洁生产审核重点做更深入细致的调查，审核小组对主要原辅材料、能源消耗和主要生产设备进行了现场调查，将连续三天产量作为物料平衡计算指标，监测数据为企业三天平均统计数据，银电解精炼工序输入输出数据汇总见表3。

表3 银电解精炼工序输入输出数据汇总表g/d

银电解精炼物料输入输出平衡测算:

原料输入量:Q入=441 110.3(g/d)

输出量:Q出=(440 528.3+496.3+46) =441 070.6(g/d)

误差分析:(441 110.3－441 070.6) ÷441 070.6=0.009%＜5%

物料损失主要是地炉熔铸中银的损失。输入输出的物料实测量是在正常生产条件下进行，输入与输出物料总量误差在5%以内，满足平衡分析要求。通过建立物料平衡，准确地判断出企业银电解系统物料利用率、流失率，为分析查找原因和提出清洁生产方案提供科学依据。

3.2 企业产排污现状分析

3.2.1 废水治理措施及排放情况

企业生产废水主要为洗涤银粉和洗涤阳极泥过程中产生的废水，其产生量为0.7 t/d，废水作为补充水直接回用于银电解槽无外排，不会产生污染。

3.2.2 废气治理措施及排放情况

企业银电解精炼运营中由于电解槽温度未能控制在35～45℃和酸度未能控制在7～15 g/L范围之内，因此有少量酸雾产生，但浓度较低，车间安装有排风扇，对人体和环境影响较小。

3.2.3 噪声治理措施及排放情况

企业银电解精炼主要噪声源有晶闸管中频电源、大功率变压整流器、台式多用钻床等设备产生的噪声，均为中、低强噪声源。

粗银经过地炉熔铸成阳极板，阳极板通过钻床打孔悬挂于电解槽中。钻床打孔为间歇式，对外环境影响较小，厂界噪声可达标。

3.2.4 固体废物治理措施及排放情况

企业银电解精炼运营产生的固体废物有阳极泥、不合格产品、少量洒落的银粉。

阳极泥由本地资源综合回收利用回收公司回收利用，主要成分见表4。不合格产品作为原料重新进入生产工序中回用，少量洒落的原料回收用于生产。

表4 阳极泥残渣中各元素含量 %

3.3 企业清洁生产水平

由于国家尚未颁布银电解精炼的清洁生产标准或指标体系，因此本次审核参照国内外银电解精炼的主要经济技术指标中的电耗值和电流效率两个指标对比，对企业的清洁生产水平作出分析，并得出相应的评价结果。

企业银电解精炼单位产品电耗值550 kW·h/t，电流效率90.3%。

日本小板、日立、日光、竹原、新居浜、佐贺关的银电解精炼单位产品电耗值分别为513 kW·h/t、435 kW·h/t、505 kW·h/t、340 kW·h/t、790 kW·h/t和865 kW·h/t，电流效率分别为94.9%、95.75%、87.01%、95.0%、92.0%和96.10%。

国内葫芦岛锌厂、株洲冶炼集团、云南铜业股份公司稀贵分厂的银电解精炼单位产品电耗值分别为575 kW·h/t、525 kW·h/t、440 kW·h/t，电流效率分别为95%、95%和98.8%。

综上所述，参照国内外银电解精炼的电耗值和电流效率的指标可以得出，企业银电解精炼处于国内清洁生产一般水平。

4 推荐实施中高费方案

4.1 改进废电解母液处理方式

银电解车间现有处理电解母液的方法，一般都采用湿法处理，即一种方法是采用银以氯化银的形式沉淀分离，其它有害元素经还原或碱沉淀分离后，由于溶液中钠盐较高，再返回使用的可能性不大，只好当废液排放;另一种方法是采用添加氧化银，使电解母液中的硝酸溶解氧化银，进一步降低母液中的硝酸，使有害元素水解，达到净化母液的目的，由于沉淀中银含量较高，增加了银的生产周期和资本积累。

为了解决上面存在的问题，利用一套反应釜装置处理银电解母液及尾气回收。其工作原理是:银电解母液经浓缩后，利用金属硝酸盐的高温分解温度的不同，进行有目的的分离，在200～250℃的温度下，除硝酸银不分解外，其他金属硝酸盐分解成金属氧化物，金属氧化物不溶解于水，硝酸银不分解且易溶解于水，达到硝酸银与其它金属的分离，少量的硝酸经冷却后用于母液酸度的调整。不溶于水的少量沉淀用于回收有价金属。

具体工艺流程见图2。

图2 废电解母液回收工艺流程图

4.2 实施效益

4.2.1 环境效益

改进废电解液母液处理方式可以去除母液中有害的杂质，直接将处理后的母液回用于电解槽，并且尾气得到回收，实现废弃物的资源综合利用，对环境无污染。

4.2.2 经济效益

项目的投资偿还期为2.63 a，属较高费项目，净现值NPV＞0，内部收益率IRR＞i0，方案经济可行。

5 企业清洁生产效果

企业于2011年3月开始实施清洁生产审核，本次清洁生产审核以银电解精炼整个系统作为本次清洁生产审核重点。无/低费方案全部实施后，每年减少固体废弃物排放10%、厂界噪声下降10%和单位产品电耗下降30 kW·h/t;提出中/高费方案3个，本次清洁生产审核已实施1个，投资20万元，可实现废电解母液回收量达到5 t/a，可获年效益10万元。另一个推荐实施方案预计投资12万元，预测可实现残极率为0，降低人工劳动强度和节约资源，减少因操作带来的银损耗和熔铸银损失共5 kg，可获年效益5万元。

6 结语

通过本次清洁生产审核，企业建立清洁生产体制，基本达到生产全过程的“节能、降耗、减污、增效”目的，审核效果已达到预期清洁生产目标。清洁生产方案的实施，取得了较好的社会效益、环境效益和经济效益。企业总结本次清洁生产审核成果，汇总分析各项调查与审核结果，寻找废弃物产生原因和清洁生产机会，实施并评估清洁生产方案，建立和完善持续推行清洁生产机制。企业共产生清洁生产方案23项，提出无/低费方案20项，实施了无/低费方案16项，实施率为80%，累计投资1.42万元，获得经济效益初步估算为2.8万元/a。计划实施无/低费方案4项，预计投资5.1万元，预计经济效益6.2万元/a。

清洁生产标准是推进清洁生产的重要依据，而清洁生产标准体系的建立，对我国各行业清洁生产审核、企业环境影响评价、环境友好企业评估工作都有着重要的现实作用。清洁生产标准是分析企业清洁生产潜力、判别企业清洁生产审核效果的重要依据。制订银电解精炼清洁生产标准既能体现出过程控制的要求，也要体现实现银电解精炼企业清洁生产的途径和方法，满足清洁生产不断提高、发展的特性。有利于企业发现差距，挖掘清洁生产潜力，制定清洁生产方面的目标，推广银电解精炼清洁生产技术(如改进废电解母液处理方式)，促使企业实施清洁生产。

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