大冶有色铜电解液净化工艺选择及成本分析

乐安胜， 许 卫， 马登峰， 刘宇峰



大冶有色铜电解液净化工艺选择及成本分析

乐安胜， 许 卫， 马登峰， 刘宇峰

铜电解液净化工序中脱铜通常采用电积脱铜和生产硫酸铜两种工艺，两种工艺可以单独和组合生产。本文对三种生产工艺的成本进行对比分析，得出一个经验公式，对铜电解生产中选择电解液净化脱铜的方式具有一定的指导意义。

不锈钢阴极； 铜电解； 净化； 成本分析

大冶有色电解二车间铜电解净化工艺可采用三种工艺脱除电解液中的铜离子及杂质，一种是采用电积脱铜方式产出阴极铜(也称电积铜)，一种是采用真空蒸发- 水冷结晶生产硫酸铜，另外可以两种工艺组合进行脱铜，再将脱铜后液进行二段电积脱杂生产黑铜。本文拟通过大冶有色现有的以铜电解液电积生产阴极铜、蒸发结晶生产硫酸铜和两者组合三种净化工艺的成本构成进行对比分析，确定在不同条件下，采用何种净化工艺实现电解液净化，可获得更好的经济效益[1-3]。

1 生产电积铜和硫酸铜的成本分析

大冶有色电解二车间年产阴极铜为300 kt。按此产量及铜离子增长率1．5%计算，正常生产情况一共需脱铜4 500 t。有三种方式进行脱铜，第一可以通过一段电积生产电积铜 (符合GB/T467—2010中A Cu-CATH-1标准)；第二蒸发结晶生产硫酸铜 (CuSO4·5H2O 85%的非农用硫酸铜)；第三先生产硫酸铜，母液(Cu2+:35～38 g/L)再进行电积生产电积铜；剩余的铜在二段电积脱杂工序以黑铜(砷锑渣)的形式被脱除，三种脱铜方式产品产量如表1。

电积脱铜采用铅基合金板为阳极，普通始极片为阴极，从铜电解生产系统中抽取部分电解液直接送入电积脱铜槽，在直流电的作用下生产出阴极铜，其阴阳极反应如下：

表1 三种脱铜工艺的产品产量对比

根据电极反应的特点，阴极每析出1 t铜，电解液中可再生1.54 t硫酸。电积铜和硫酸铜的总成本包含生产成本和销售成本，因两种产品的销售成本相差不大，故暂未考虑销售成本。

电积铜和硫酸铜的生产成本包含加工成本和物料成本两部分。本文将以大冶有色电二车间的生产实际，对电积铜和硫酸铜的生产成本构成进行分析对比，探明三种净化工艺的经济效益。

1.1 生产电积铜和硫酸铜的加工成本

加工成本由可变成本和固定成本组成，其中可变生产成本由动力费用、直接材料费用和人工费用三部分组成，固定成本主要为折旧费用。由于大冶有色电二车间电积及硫酸铜系统的厂房及设备均刚投产，为客观评价大冶有色现有条件下电积脱铜生产电积铜及蒸发结晶生产硫酸铜的真实生产成本，人员为固定定员，本文不考虑折旧费用和人工费。

1.1.1 电积脱铜生产电积铜、黑铜的加工成本

(1)动力费用

动力费用主要为电耗及蒸汽消耗。电积脱铜的电积铜电耗约为2 200 kWh/t电积铜，电积脱铜的黑铜电耗约为2 500 kWh/t黑铜。大冶有色工业用电价格为0.68元/kWh，故电积铜电耗费用为：2 200×0.68=1 496元/t阴极铜，黑铜电耗费用为：2 500×0.68=1 700元/t黑铜，蒸汽的费用为65元/t铜。电积铜动力费用总计为1 561元/t电积铜，黑铜动力费用总计为1 765元/t黑铜。

(2)直接材料费用

直接材料费用包含辅助材料费用(如铅阳极)、备品备件费用和劳保用品费用。正常生产中，辅助材料铅阳极费用为750元/t铜，备品备件和劳保用品费用为60元/t铜，直接材料费用共计810元/t铜。

综上所述电积脱铜生产电积铜的成本为：1 561+810=2 371元/t电积铜，电积脱铜生产黑铜的成本为：1 765+810=2 575元/t黑铜。电积脱铜生产电积铜、黑铜的成本构成列于表2中。

表2 电积铜、黑铜和硫酸铜的生产成本对比

1.1.2 蒸发结晶生产硫酸铜的加工成本

(1)动力费用

硫酸铜生产的动力费用包含蒸汽费用、电费、压缩风费用及水耗费用。正常生产中，生产硫酸铜的蒸汽费用800元/t硫酸铜，电费为1 200元/t硫酸铜，压缩风费用5元/t硫酸铜，水费20元/t硫酸铜。生产硫酸铜的动力费用共计2 025元/t硫酸铜。

(2)直接材料费用

根据生产统计，生产硫酸铜的直接材料费用约为100元/t硫酸铜。

因此，蒸发结晶生产硫酸铜的加工成本为：2 025+100=2 125元/t硫酸铜，蒸发结晶生产硫酸铜的加工成本构成列于表2。

1.2 生产电积铜及硫酸铜的物料成本

电积脱铜生产阴极铜的同时也消耗了电解液中铜并再生出硫酸(可作为铜电解生产系统的补加酸)，根据电极反应的特点，阴极每析出1 t铜，电解液中可再生1.54 t硫酸；而生产硫酸铜则需要消耗电解液中的铜和硫酸两种物料，生产1 t 85%的CuSO4·5H20需0.218 t铜和0.3 3t硫酸。按市售铜价格为a元/t铜，硫酸价格为b元/t硫酸，将电积脱铜生产的电积铜、黑铜和蒸发结晶生产硫酸铜的物料成本构成列于表3中。

表3 电积铜、黑铜和硫酸铜的物料成本构成

2 三种净化生产工艺的经济性对比

将生产1 t电积铜、黑铜和硫酸铜的生产总成本列于表4中进行对比分析。由于1 t电积铜含铜99.5%，生产1 t金属铜量的电积铜的加工成本和物料成本为：(2 371+a-1.54b)/0.995=2 382.91+1.01a-1.55b；而1 t黑铜含铜70%，生产1 t金属铜量的黑铜的加工成本和物料成本为：(2 575+0.7a-1.078b)/0.7=3 678.57+a-1.54b；1 t硫酸铜含铜21.8%，生产1 t金属铜量的硫酸铜的加工成本和物料成本为：(2 125+0.218a+0.33b)/0.218=9 747.7+a+1.51b，明显生产1 t金属铜量硫酸铜成本最高，其次是黑铜，电积铜最低。

表4 电积铜、黑铜和硫酸铜的生产总成本对比

按照正常生产净化量将三种净化工艺的生产成本列于表5中进行对比分析。一段电积、硫酸铜和组合生产的总成本分别为X、Y和Z。根据表5，两种脱铜工艺生产成本相差：

X-Z=-517.64-0.214b

(1)

由于b>0，(1)式<0，所以一段电积的生产成本小于组合脱铜生产成本,一段电积节约成本正比硫酸价格：

Z-Y=-169.71

(2)

由于(2)式<0，所以组合脱铜生产成本小于生产硫酸铜生产成本。

考虑到电积铜可以销售，硫酸铜一般只是回炉，采取一段电积进行脱铜最经济。以生产硫酸铜的方式脱除铜的同时，还可带走部分杂质及残留于电解中的添加剂分解产物。因此，在保证电解液中铜离子平衡及砷、镍等杂质脱除的条件下，可以少生产硫酸铜产品，或可将多产出的硫酸铜返溶人电解液系统，以产出更多的电积铜。

表5 三种脱铜的生产成本对比

3 结论

在铜电解生产中，脱除电解液中铜离子主要有一段脱铜、生产硫酸铜和两者组合三种生产工艺。在满足生产的前提下，脱铜过程还应综合考虑上述三种生产方式的成本，使生产与经济指标紧密联系，提高企业效益。通过对大冶有色电解二车间的三种净化脱铜工艺的生产成本构成进行对比分析，可以得出以下论：

(1) 生产相同金属量的产品，电积铜的生产成本最低，黑铜的生产成本次之，硫酸铜的生产成本最高，一段电积节约成本与硫酸价格成正比。

(2) 在不考虑固定成本和人工成本情况下，脱除相同金属量的铜，一段电积脱铜二段电积脱杂净化工艺的生产成本最低，硫酸铜和一段电积脱铜组合净化工艺生产成本次之，硫酸铜脱铜二段电积脱杂净化工艺的生产成本最高。

[1] 朱祖泽，贺家齐. 现代铜冶金学[M]. 北京：科学出版社，2003．

[2] 聂仲文.贵冶铜电解净化生产实践[J].有色冶炼，1998，27(5):16-19．

[3] 王冲.云铜铜电解生产铜离子平衡的工艺选择及经济评价[J].中国有色冶金，2012，12(6):18-21．

(大冶有色金属集团有限公司， 湖北 黄石 435005)

Process selection and cost analysis of copper electrolyte purification in Daye Nonferrous Metals Group Co. Ltd

YUE An-sheng, XU Wei, MA Deng-feng, LIU Yu-feng

The two processes of electro-winning and copper sulfate production usually used in purification processes of copper electrolyte de-coppering, can be alone or combined in production. In this paper, the cost of the three production processes were comparatively analyzed, an empirical formula was obtained, it has a certain guiding significance to select purification method of electrolyte de-coppering in copper electrolysis production.

stainless steel cathode; copper electrolysis； purification； cost analysis

乐安胜(1983—)， 男， 湖北大冶人， 冶金工程师， 从事冶金生产技术工作。

2014-- 12-- 20

TF811

B

1672-- 6103(2015)05-- 0008-- 03