提高电积系统脱杂能力生产实践

曹昌盛，董 博，柯新安

(大冶有色金属股份有限公司，湖北黄石 435005)

1 引言

铜电解精炼是将铜品位在98.5%～99.6%的阳极板通过电化学反应进一步提纯，以获得品位高于99.99%的阴极铜。为了保证阴极铜的质量，提高高纯阴极铜的产出率，其中最重要的一条措施就是控制电解液中的杂质含量，电解液中的杂质主要分为2种，一种是固体状的悬浮物，一种是游离状的杂质离子。固体状的悬浮物在电解液循环过程容易粘附在阴极表面，造成板面粗糙，引起阴极铜质量下滑，一般采用自沉降和板框过滤的方法去除;而游离状的杂质离子，例如As、Sb、Bi等，其标准电积电位与铜接近，当浓度到达一定值时，可能放电析出，在阴极表面形成结晶中心，降低阴极铜结晶质量，一般采用电积脱杂的方法去除［1-2］。

电解生产中，存在阴极铜的返溶现象，电解液中的铜离子呈上升趋势，电积系统以不溶性铅合金板作阳极，铜片为阴极，兼具脱铜和脱As、Sb、Bi的作用。不溶性阳极电积脱杂工艺一般有间断脱铜脱砷电积法、周期反向电流电积法、极限电流密度电积法、连续脱铜脱砷电积法等［3］。为了提高电积系统的脱杂效率，降低直流电单耗、减少AsH3剧毒气体的产生，各大铜冶炼厂家都根据自身实际情况采取了不同的工艺。

大冶有色金属集团控股有限公司冶炼厂电解一车间年产20万t阴极铜，阳极板带入电解液中的As超过200t/a，电积系统日处理电解液150～180m3，分成独立的2段，一段生产电积铜，二段脱杂，通过在二段完善诱导连续脱杂工艺，采用终液灌槽，调整电流密度、电解液流量等工艺，在保证终液含铜≤1g/L前提下，增加了黑铜粉产量，提高了脱杂效率，降低了直流电单耗，为生产系统阴极铜生产提供了有利保障，取得了显著的经济效益。

2 试验部分

2.1 稳定性研究

在完善诱导法工艺之前，首先要保证连续脱铜工艺的稳定。系统出液量按180～220m3/d控制，到达一段生产电积铜，脱铜后液转至二段，铜含量控制在18～22g/L。二段分为4组，每组6个电解槽，进行连续脱铜脱杂，为了实现诱导法，必须维持工艺稳定，保证每槽电解液铜含量在一定范围。

从图1取样点示意图及3次取样结果趋势图可以看出，7个取样点铜含量基本稳定，出液口也就是终液含铜都低于1g/L，经过对电流、流量的合理配比，3次工艺调整之后，数据回归效果较好，铜离子浓度变化基本成一条斜线，可以进行下一步试验。

2.2 诱导法脱铜脱杂工艺调整

据文献报道，当铜离子浓度在2～5g/L时［3］，脱As效果较好。在前面连续脱铜工艺稳定基础之上，在第④个取样点进行辅给液试验，提高铜离子浓度，并调整辅给液器流量和电流，保证终液含铜小于1g/L。

图2是在第④取样点辅给液之后各取样点铜离子浓度变化趋势图，从中可以看出，辅给液之后，第⑤取样点铜离子浓度上升到了5.46g/L，高于第④取样点的4.41g/L，终液含铜0.91g/L，低于1g/L，也就保证了在第 4#、5#、6#、7#电解槽内铜离子浓度均在2～5g/L，明显扩到了脱杂范围。图3是第④取样点辅给液之后终液含铜趋势图，从中可以看出，终液含铜稳定控制在1g/L以下，无一次超标。

图1 取样点示意图及3次取样结果趋势图

图2 第④取样点辅给液铜离子浓度变化趋势图

图3 第④取样点辅给液终液含铜趋势图

3 结果与讨论

3.1 黑铜粉产量及杂质脱除率

表1是诱导法改造前后6个月份黑铜粉产量统计，从中可以看出，添加辅给液器之后，黑铜粉产量明显提高，平均值由50.73t提高到了69.65t，增幅约37%，主要原因是采用辅给液器和终液返灌之后，终液含铜得到更好的控制，可以进一步提高电解液的处理量和提升电流密度。

表1 诱导法改造前后黑铜粉产量月统计

表2是黑铜粉中As、Sb、Bi的平均含量，从中可以看出 As含量要明显高于 Sb、Bi，分别为24.63%、2.2%、0.43%，与电解液中 As、Sb、Bi平均含量12g/L、1g/L、0.13g/L 相符合。

表2 黑铜粉中As、Sb、Bi含量

综合表1、表2，采用公式:黑铜粉中各杂质总量=黑铜粉中各杂质所占比例×黑铜粉总产量，各杂质脱除率=黑铜粉中各杂质总量/处理电解液中各杂质初始总量，截取诱导法改造前后1个月数据:总处理电解液体积、初始电解液中As、Sb、Bi的平均浓度，可以得出表3诱导法改造前后各杂质脱除率，从中可以看出，改造前As、Sb、Bi的平均脱除率分别为21.85%、25.52%、37.30%，改造后平均值为24.6%、27.92%、40.3%，脱除率分别提升了12.58%、9.4%、8.1%，总体提升率约10%。

表3 诱导法改造前后杂质脱除率

3.2 电单耗

按化学反应式As5++5e→As，可以计算出As的电化学当量为0.56 g/c，根据公式:直流电单耗=1000×槽电压/电化学当量/电流效率，可以计算出黑铜粉的直流电单耗。

表4 诱导法改造前后二段脱杂直流电单耗

采用诱导法脱铜脱杂工艺之后，由于较好地控制了后期AsH3的产生，平均槽电压由2.2V下降到了2V，根据表2黑铜粉化验单，按 Cu72.74%，As27.26%，电流效率90%考虑，根据公式 W=1000V/1.1852/0.90×72.74%+1000V/0.56/0.90×27.26%，可以计算出黑铜粉直流电单耗由2690 kW·h/t下降到了2446 kW·h/t。

实际生产中由于二段电积同时有黑铜板和黑铜粉产生，槽压、电量无法分开，考虑到黑铜板，则铜含量占整个黑铜的比例约为91%，槽压由2.2V降低到2.0V，二段总体直流电单耗由2270 kW·h/t下降到了2063 kW·h/t

4 结论

在电积连续脱铜脱杂工艺基础之上增加辅给液器，适当提高Cu离子浓度，实现诱导法脱杂。终液含铜稳定，增加了黑铜粉的产量，提高了脱杂效率，降低了直流电单耗。

(1)通过连续取样分析，终液含铜稳定控制在1g/L以下;

(2)铜粉产量明显提高，平均值由50.73t/月提高到了69.65t/月，增幅约37%;

(3)As、Sb、Bi的平均脱除率分别从21.85%、25.52%、37.30%提高到了 24.6%、27.92%、40.3%，提升了12.58%、9.4%、8.1%，总体提升率约10%。

(4)单槽槽压由2.2V降低到了2.0V，二段总体直流电单耗由2270 kW·h/t下降到了2063 kW·h/t。

［1］陈白珍.铜电积过程中砷的电化学行为［J］.中南工业大学学报，1997，28(4):347-350.

［2］仇勇海，唐仁衡，陈白珍.砷化氢析出电势的探讨［J］.中国有色金属学报，2000，10(1):101-104.

［3］姚素平.诱导法脱砷技术在铜电解液净化系统中的应用［J］.有色金属(冶炼部分)，1996(1):11-16.

［4］吴维昌，冯洪清，吴开治，等.标准电极电位数据手册［M］.北京:科学出版社，1991:27.

［5］朱元保.电化学数据手册［M］.长沙:湖南科学技术出版社，1985:212.

［6］王学文，陈启元，龙子平，等.锑在铜电解液净化中的应用［J］. 中国有色金属学报，2002，12(6):1277-1280.

［7］陈白珍，马丹文.控制阴极电势电积法脱铜砷［J］.中国有色金属学报，1997，7(2):39-41.