高电流密度电积技术在铜冶炼厂的现场应用

张 鹏，赖桂华，衷水平,2,3，张兴勋，康锦程，伍赠玲,2，王 韬

(1.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室，福建 上杭 364200；3.江西理工大学，江西 赣州 341000)

高电流密度电积技术在铜冶炼厂的现场应用

张 鹏1，2，赖桂华1，衷水平1,2,3，张兴勋1，康锦程1，伍赠玲1,2，王 韬1

(1.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室，福建 上杭 364200；3.江西理工大学，江西 赣州 341000)

在275 A/m2高电流密度下电积铜，电积系统运行稳定，产出的铜产品外观形貌与质量都达到指标要求；溶液中铁离子质量浓度为6 g/L时，电积槽电流效率为88%。高电流密度电积技术对湿法炼铜厂扩大产能提供了行之有效的技术保证。

高电流密度；铜；电积；现场应用

我国铜矿资源品位低，采用传统选冶工艺开发能耗大、成本高、环保压力大[1]。国际上兴起的生物堆浸技术给该类资源的开发提供了高效、清洁的利用途径。早期某矿山建立的硫化铜矿生物堆浸—萃取—电积铜厂，一直以来运行稳定，经济社会效益较好，但随着矿山开发规模扩大，炼铜厂的产能也不断扩大，目前铜电积系统基本上满负荷生产，要扩大产能，一方面需要增加电积槽，但这需要加大投资；另一方面，可适当提高电流密度，但可能会出现阴极铜板面不平整等问题[2-3]。

目前，国外铜电积厂的电流密度都控制的较高，而国内铜电积系统的电流密度大都控制在220 A/m2左右，最大不超过250 A/m2，有适当提高的空间。通过小型试验、中型试验，提高电流密度获得了外观形貌与质量都合格的阴极铜成品，在此基础上，将高电流密度电积技术应用到湿法炼铜厂的电积车间，以期提高电积铜产能。

1 工艺流程

铜冶炼过程中，通常采用电积法从含铜溶液中提取铜，电极为不溶(惰性)阳极。电积过程中，所有沉积在阴极上的铜都来源于铜溶液，随电积过程的进行，溶液中铜浓度不断下降，继而产生浓差极化。电积过程中提高电流密度的技术瓶颈在于会加剧浓差极化，即电流密度高时铜离子在阴极上析出加快，溶液中的铜离子来不及迁移到阴极板，造成阴极板附近铜离子浓度偏低[4-5]。这种现象导致阴极板附近的杂质电极电位升高并在阴极析出，使得阴极铜质量下降，槽电压增高，增大电耗的同时降低电流效率；同时电流密度过大还会导致阴极铜结晶颗粒变粗。

试验工艺流程如图1所示[6]。现场考察古尔胶用量、硫脲用量和电积液流速对阴极铜形貌的影响，通过电积过程中出现的浓差极化及电积铜形貌特点、电流效率、电压与电耗等分析高电流密度技术的实际应用情况。

图1 现场试验工艺流程

2 高电流密度电积工艺的应用

2.1 初始条件

控制电流为25 000 A(约275 A/m2)，主要在3个系列中进行试验，每个系列有9个电积槽，每槽47块阳极板、46块阴极板。电积条件：电流25 000 A，溶液循环过程中在高位槽添加古尔胶120 g/tCu、硫脲60 g/tCu，溶液温度保持在44～45 ℃，进液铜质量浓度维持在50 g/L以上，电积液流量控制在7.8～7.9 m3/h之间，铁离子质量浓度维持在6 g/L[6-10]。

2.2 浓差极化与溶液酸度

采用高电流密度前后，电积液中铜、酸浓度分析结果见表1。

表1 电积过程中铜、酸质量浓度的变化

从表1看出：电积后，电积液中铜离子质量浓度平均降低3.3 g/L，酸质量浓度平均升高3.8 g/L。电积过程中，通过调整添加剂与增大溶液流速方法在一定程度上可削弱浓差极化现象出现。

2.3 阴极铜形貌

电积结束后出槽剥板，阴极板形貌绝大部分较好，并且几乎所有槽内阴极板顶部都比较光滑；整槽只有少数几块阴极板底部略微粗糙、有竖条纹；少部分阴极板底部出现瘤：所以，在25 000 A(275 A/m2)电流密度下，电积系统运行稳定，生产的成品铜外观形貌达到生产要求。出槽后对每批阴极板取样分析，其质量也都符合要求。

2.4 电流效率

电积周期结束后进行剥板，对3个系列(各系列都有9个单槽)阴极板称重，根据理论产铜量计算电流效率，以及根据各系列中各槽单独计算电流效率，结果分别见表2、3。

表2 各系列电积电流效率

表3 各系列单槽电流效率 %

从表2、3看出：各系列电流效率在87%～88%之间；各槽电流效率在85%～90%之间。可见，采用高电流密度电积技术，可实现电积槽88%的电流效率，这为扩大产能提供了技术依据。

2.5 槽电压与电耗

现场硅整流输出电压见表4。3#硅整流总输出电压平均为55.46 V，平均槽压为2.08 V，其中3个系列槽电压平均累计54.76 V，线路损失0.7 V；各系列单槽理论产铜3.884 t，实际3个系列累积产铜91.58 t，实际电耗为186 250 kWh，整个电积过程电耗为2 033.7 kWh/tCu。

表4 各系列槽电压 V

2.6 实际应用

在前期研究基础上，将高电流密度电积技术应用到湿法炼铜厂电积车间，同时对生产设备进行改造。在不增加成本情况下，产能得以扩大，通过调整工艺参数获得了形貌较好、质量合格的阴极铜。技术指标见表5。

表5 电积过程技术指标

3 结论

在275 A/m2高电流密度条件下，通过调整溶液循环过程中古尔胶与硫脲用量，增大一定量溶液循环流速，可使电积前后溶液中铜离子质量浓度相差3.3 g/L，一定程度上削弱了浓差极化对电积铜生产的影响。

采用高电流密度电积技术，电积槽电流效率可达88%，能很好地满足电积要求，而且电积系统运行稳定，产出的成品铜外观形貌与质量都能达到指标要求。高电流密度电积技术为湿法炼铜厂扩大产能提供了行之有效的技术保证。

[1] ROBINSON T，DAVENPORT W，MOATS M，et al.Electrolytic copper electrowinning：2007 World Tankhouse Operating Data[C]//HOULACHI G E，EDWARDS J D，ROBINSON T G.Copper-cobalt 2007.Montreal:Conseilen Immobilisation & Management Inc,2007:375-424.

[2] FREE M L.Fundamentals of electrometallurgy in aqueous media[J].Journal of the Minerals Metals & Materials Society，2007，59(5):28-33.

[3] IVANOV I,STEFANOV Y,NONCHEVA Z,et al.Insoluble anodes used in hydrometallurgy：part Ⅰ：corrosion resistance of lead alloy anodes[J].Hydrometallurgy,2000,57(2):109-124.

[4] 衷水平.湿法提铜电积工程实践及添加剂优化探讨[J].有色金属(冶炼部分)，2015(1):6-10.

[5] 兰兴华.铜电解沉积技术的发展趋势[J].世界有色金属，2008(9):28-29.

[6] 王玮,陈波.紫金山铜矿万吨级湿法炼铜厂的设计[J].铜业工程，2005(1):31-34.

[7] 纪存朋,于建生.铜电积技术的发展现状及应用前景[J].湿法冶金，2008，27(2):77-80.

[8] 毛允正.铜电解添加剂的作用机理及生产实践[J].有色金属再生与利用，2003(7):13-15.

[9] 罗彤彤.电积铜用阴极平滑剂的使用方法[J].铜业工程，2012(1):11-16.

[10] 陈春生.提高堆浸厂电积铜质量的生产实践[J].有色矿山，1999(增刊1):30-32.

Application of High Current Density Copper Electrowinning Process

ZHANG Peng1,2,LAI Guihua1,ZHONG Shuiping1,2,3,ZHANG Xingxun1,KANG Jincheng1,WU Zengling1,2,WANG Tao1

(1.ZijinMiningGroupCo.,Ltd.，Shanghang364200，China;2.StateKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofLow-GradeRefractoryGoldOres，Shanghang364200，China;3.JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China)

Copper electrowinning by high current density(at 275 A/m2)technology，the electrowinning system can operate stablely，the product appearance quality and chemical composition meet the requirements.When the concentration of iron ion in solution is 6 g/L，the current efficiency can reach 88%.The high current density electrowinning process provides a feasible method for copper hydrometallurgy smelter to expand production capacity.

high current density;copper；electrowinning;application

2016-08-17

国家自然科学基金资助项目(51364016)。

张鹏(1989-)，男，江西南昌人，硕士，工程师,主要研究方向为铜矿湿法冶炼、冶金过程模拟。 E-mail：zjkyy_zp89@yahoo.com。

TF803.27;TF811

A

1009-2617(2017)02-0148-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.02.014