铜电解液净化二段电积脱铜的生产实践

乐安胜， 许 卫， 马登峰， 刘 毅

(大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北 黄石 435005)



重金属

铜电解液净化二段电积脱铜的生产实践

乐安胜， 许 卫， 马登峰， 刘 毅

(大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北 黄石 435005)

介绍了大冶有色30万t铜电解项目电解液净化工艺，叙述了二段电积脱铜存在的问题及采取的改进措施。

铜电解； 电解液净化； 二段电积； 脱铜； 脱砷； 黑铜

铜电解生产过程中，随着生产的持续进行，电解液中铜离子的浓度不断升高，有害杂质(如As、Sb、Bi等)也逐渐积累，直接影响阴极铜的质量和生产持续稳定进行。因此必须对电解液进行净化，以保证生产槽电解液铜酸平衡和较低的杂质浓度[1-2]。目前一般厂家采用一段电积脱铜，二段电积脱杂。二段电积脱杂有间断电积法和诱导连续电积法[3-4]。优化二段电积生产工艺，提高铜电解液净化能力，对降低铜冶炼成本有着现实意义。

1 大冶有色30万t铜电解项目净化系统简介

大冶有色是国有控股的大型铜冶炼企业，主要产品是高纯阴极铜和工业硫酸，年生产能力分别为70万t和120万t。30万t铜电解项目于2012年10月竣工投产，采用不锈钢阴极电解，电解液净化以电积脱铜脱杂为主，硫酸铜生产为辅助。电积包括一段电积和二段电积，一段脱铜后液进行电积脱铜脱杂。二段电积终液浓缩冷冻结晶生产硫酸镍。一段产出的电积铜外售，二段产出的黑铜打捆晾干返回转炉。电解液净化工艺流程图见图1。

图1 电解液净化工艺流程图

一段电积主要是使Cu2+在阴极析出脱铜；二段电积采用的是连续诱导脱铜脱砷技术，脱铜脱砷过程连续进行，每组6个电解槽串联组成六级电积，电解液从第一槽进，经过1至6槽阶梯式电积，Cu2+浓度逐渐降低，杂质与铜一起析出。此工艺一般控制Cu2+：As=(1.7～3.0):1[5-6]，当Cu2+在2～5 g/L时,脱砷率最高,且在此条件下,砷析出于黑铜中,生成有毒的AsH3气体概率小，所以在第四、五槽进行辅助给液，以确保第五、六槽电解液Cu2+与As的比例。与传统的脱铜脱砷工艺相比，此工艺具有作业连续，作业率高和脱除率高的优势。二段电积电解液循环示意图见图2，二段电积工艺参数如表1。

图2 二段电积电解液循环示意图

表1 二段电积工艺参数

2 生产中出现的主要问题

二段电积产出的黑铜板连同上面粘附的黑铜粉一起返回转炉吹炼，再重新浇铸成阳极板进行电解。因转炉除杂能力有限，单炉一次加入大量黑铜板，造成单批次阳极极板杂质严重超标，导致电解工艺不易调控，阴极铜质量波动，甚至出现质量事故，影响电解的正常进行。这些杂质在铜冶炼过程中部分闭路循环，增加铜冶炼成本。黑铜板中的黑铜粉含有一定量的残留电解液，打捆堆积后不容易晾干，返炉时容易造成放炮。随着电积的进行，阴极上生长出海绵状黑铜，部分黑铜粉后期沉积到电解槽底部，每次出装作业需人工下槽进行清理。电解槽空间狭窄，环境恶劣，长时间繁重作业，影响职工的身体健康，易造成职业病。普通钢板焊制的电积黑铜粉转运斗被黑铜粉残留的电解液腐蚀，三个月更换一次。投产两年后，二段电积进液管道结垢严重，流量变小，影响处理能力。由于管道整体密封焊接，清垢时每次都要对管道进行切割，然后再焊接，工作量大，操作难度较大。

3 采取的措施

3.1 优化操作

在出装作业时，将黑铜板放置在钢结构的准备架上晾3～4 d，然后人工将黑铜板上的黑铜粉敲落。每次出铜作业，敲击上次出装时已经晾干的黑铜板，将黑铜粉收集，然后转运至备料系统与铜精矿混合，加入澳斯麦特炉中熔炼进行强化除杂。黑铜板分批分散加入转炉进行吹炼，重新浇铸成阳极板返回电解系统。

3.2 制作槽内黑铜粉接斗

设置小型黑铜粉槽内接斗，其用不锈钢焊制，表面进行防腐处理，洗槽作业完后放置在电解槽底部接收生产时散落下来的黑铜粉。出装作业时，将其吊出进行倾倒。

3.3 制作黑铜粉转运斗

制作黑铜粉不锈钢转运斗，用15 mm的304不锈进行焊接，四周焊接加筋板。

3.4 改造进液管道

原二段电积进液管道为DN100的PVC化工管，并且整体焊接连接。运行一段时间后，管道的弯头和支管连接处容易被杂质结垢堵死，管壁也逐渐结垢，严重影响循环流量。故改为DN200的PVC化工管,单段长4 m，全部采取活套法兰连接，方便清管道时拆卸和安装。

4 改进效果

改进后，二段电积处理量稳定上升，黑铜粉产量也逐渐增加，阳极板单批次杂质严重超标次数明显减少，黑铜板返炉也未发生放炮事件。2015年二段电积处理量和黑铜粉产量如图3。

图3 2015年二段电积处理量和黑铜粉产量

电解液中主要有害杂质含量大幅下降，改进前后电解液中杂质含量对比如表2。

使用黑铜槽内接斗后，职工劳动强度明显降低，原先每次换装作业都超过6 h，现基本缩短在4 h之内。黑铜粉不锈钢转运斗使用超过半年，表面无明显腐蚀现象。进液管道改造后，每次结垢清理作业

表2 改进前后电解液杂质对比 g/L

与出装作业同时进行，不影响正常生产，提高了生产效率。

5 结语

30万t铜项目电解液中有害杂质呈稳定下降趋势，电积工序能够平衡电解液中Cu2+，控制杂质浓度，二段电积工序运行稳定可靠。电积脱铜产出的黑铜板返回转炉，黑铜粉返回备料，杂质在系统内部开路，阳极板中杂质含量减少，杂质成分稳定。优化二段电积作业模式，减轻职工劳动强度，降低了职业健康危害，对相关生产企业有借鉴意义。

[1] 朱祖泽,贺家齐.现代铜冶金[M].北京:科学出版社,2003.

[2] 肖刘萍,乐安胜，等.大冶冶炼厂二段电积脱铜生产实践[J].湖南有色金属，2012，(2)：34-36.

[3] 吴晓光.贵冶电解一系统净液改造与优化[J].有色金属(冶炼部分)，2011，(2)：55-57.

[4] 吴文明.金隆电积脱铜脱砷生产实践[J].有色金属，2000，(8)：14-17.

[5] 毛志琨.铜电解液脱铜及脱杂技术探讨[J].有色冶金设计与研究，2010，(6)：44-47.

[6] 郑志萍,陈崇善.诱导法和并联循环法脱铜砷的对比分析[J].铜业工程，2011，(6)：29-33.

西安交通大学揭示纳米氦泡铜变形机理

亚微米尺度金属材料的力学性质不同于块体材料，虽然其强度较高，但却表现出变形失稳等弱点，这不利于微纳尺度器件的长期使用。

为了提高小尺寸材料的变形能力，西安交大材料学院微纳中心硕士生丁明帅，在导师单智伟教授和韩卫忠教授的指导下，借助原位纳米力学技术，通过高温氦离子注入在金属铜中形成平均尺寸为6.6 nm的高密度氦泡，随后加工出亚微米尺度试样进行力学测试，发现单晶铜内部的纳米氦泡不仅是位错的可剪切障碍物，能有效减缓位错运动，同时还是活跃的内部位错源，使变形时位错保持有效增值，进而产生更加均匀和稳定的变形。在拉伸颈缩阶段后期，氦泡会发生显著长大和合并从而引起试样的快速断裂。该研究组还表示，纳米氦泡对于提高亚微米尺度金属材料的变形能力具有关键作用。

这一研究工作和结果为设计高性能金属结构材料和新型抗辐照损伤材料提供了新思路，特别是对于运用氦泡工程等理念设计高性能金属材料和新型抗辐照损伤材料具有重要的指导意义。该项研究成果在线发表在《纳米快报》上。

Production practice of stage II electro-winning and copper removing of copper electrolyte purification

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

This paper describes the electrolyte purification process of 300 kt/a copper electro-refining project in Daye Nonferrous Metals Group Co., Ltd., analyzes the problems in the operation of stage II electro-winning and copper removing and gives improving measures.

copper electro-refining; electrolyte purification; stage II electro-winning; Cu removing; As removing; black copper

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。

2015-10-12

TF811

B

1672-6103(2016)04-0007-03