董 博， 曹昌盛， 鄧 沖

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降低銅電解精煉添加劑使用量的生產實踐

董 博， 曹昌盛， 鄧 沖

明膠、硫脲作為主要的添加劑，在銅電解精煉中具有不可替代的作用，兩者在溫度較高的酸性電解液中分解消耗較快，尤其是明膠，當沖膠溫度過高或者鈦板換熱器加溫過快，都會使明膠的分解速度加快。生產實踐中，采用在高位槽加膠，調整電解液循環(huán)量、過濾量、凈化量等措施，噸銅明膠消耗量由180 g下降到45 g，硫脲消耗量由90 g下降到30 g，噸銅直流電單耗降至285 kW·h以下。

銅； 電解精煉； 添加劑； 明膠； 硫脲； 使用量； A級銅； 電耗

0 引言

在銅電解精煉過程中，為了提高陰極銅的質量，得到化學成分合格、板面光滑的陰極銅，一般都要加入添加劑。目前常用的銅電解添加劑有明膠、硫脲、干絡素、阿維通。其中明膠、硫脲作為主要的添加劑，在銅電解精煉中具有不可替代的作用，加入量適當時，陰極銅表面光滑、致密，呈現玫瑰紅金屬光澤，敲擊時聲響如鋼且柔；加膠量過低時，陰極銅質軟而脆、啞響，結構疏松、結晶粗糙，較易為空氣氧化；加膠量過多時，陰極整個表面吸附著大量的膠質，不僅產生電銅分層現象，另外，膠抑制陰極表面形成尖端或棱角的能力相對被削弱，重新出現陰極銅表面長粒子的現象[1-2]。而且膠量過大，電解液變粘，增大電解液電阻，進而增大槽電壓，導致電耗增加。

作為一種大分子量的有機物，明膠一方面可以增加電化學極化，改善陰極銅板面，另一方面可以通過絮凝沉降電解液中的懸浮物；而硫脲因為含S量較高，可以與銅離子結合，起細化結晶的作用。明膠、硫脲在溫度較高的酸性電解液中分解消耗較快，尤其是明膠，當沖膠溫度過高或通過鈦板換熱器加溫過快，明膠分解速度加快，一方面明膠還未進入電解槽內就已經分解，導致實際消耗量增加；另一方面，起絮凝作用的明膠沒有及時有效地被過濾掉便發(fā)生分解，雜質重新釋放，功效降低[3-4]。

大冶有色金屬集團控股有限公司冶煉廠電解一車間采用傳統(tǒng)的始極片生產工藝，一方面制作高位槽加膠平臺，在高位槽加膠，以改變添加劑的加入方式；另一方面通過規(guī)范流量控制、電解液過濾、電解液凈化量等，加強工藝控制[5-6]，噸銅明膠消耗量由180 g下降到了45 g，硫脲消耗量由90 g下降到了30 g，極大地改善了陰極銅生產工藝環(huán)境，A級銅產出率平穩(wěn)保持在99%以上，在電流密度265～275 A/m2條件下，噸銅直流電單耗由300～310 kW·h下降到285 kW·h以下。

1 采取的措施

1.1 改造加膠系統(tǒng)

圖1為老式低位槽加膠系統(tǒng)，主回流管中的電解液沖擊葉輪，葉輪旋轉通過軸帶動提液罐旋轉，提液罐一端封閉，一端開口，加膠槽內的添加劑被提升至受膠槽內，進而進入導流槽，隨電解液一起進入低位槽，完成添加劑的低位槽加入過程。低位槽加膠的優(yōu)點是調整好提流罐的大小，可以實現添加劑的穩(wěn)定均勻加入。

圖1 低位槽加膠系統(tǒng)

圖2為改造后的高位槽加膠系統(tǒng)，其結構相比低位槽加膠系統(tǒng)簡單，直接通過計量注射泵將加膠槽內的添加劑提升到高位槽內。其優(yōu)點是縮短了添加劑加入路徑，由原有的加膠槽→低位槽→循環(huán)槽→鈦板換熱器→高位槽，改為加膠槽→高位槽，一步完成，減少了添加劑在轉移過程中的損失。

圖2 高位槽加膠系統(tǒng)

1.2 調整生產工藝

添加劑加入量根據陽極板主品位及雜質含量及時調整。銅品位高時，采用低膠量運行；銅品位低時，適當加大添加劑的使用量。嚴格執(zhí)行“先泡后沖”的溶解模式，沖膠時嚴禁過熱，溫度控制在90 ℃以內，并攪拌。調整好注塞泵的功率，保證當天添加劑在7：00加入，19：00加完。

維持電解液流量穩(wěn)定、均勻，單槽流量控制在20～30 L/min，當銅品位高于99.5%或低于98.8%時，采用高流量控制；當銅品位在98.8%～99.5%時，可適當降低電解液流量。實時關注高、低位槽液位、循環(huán)泵功率、電解液流量，保證添加劑穩(wěn)定、均勻、連續(xù)地進入到每個電解槽內。

采用板框和larox過濾機對電解液進行過濾，過濾量保證在150～220 m3/h以內，低于此范圍及時更換過濾布。每天對電解液中的Cu、H2SO4,Cl、Ni進行化驗，每星期進行一次全分析，包括As、Sb、Pb、Zn、Fe、Cd、Bi等其它雜質，根據化驗結果合理安排一段電積脫銅、二段脫銅脫雜、硫酸銅、硫酸鎳系統(tǒng)處理量，保證生產系統(tǒng)電解液的純凈度。

2 實施效果

2.1 添加劑使用量下降

2011年～2014年添加劑消耗見表1、圖3。

從表1、圖3可以看出，2011年～2014年添加劑的消耗量呈下降趨勢，噸銅明膠消耗量平均值從最高時194.95 g下降到了55.39 g，硫脲按明膠的約1/2控制，噸銅硫脲消耗量平均值由最高時的97.48 g下降到了30.00 g，降幅約70%。

表1 2011年～2014年添加劑消耗統(tǒng)計表

圖3 歷年明膠消耗走勢圖

從2012年7月開始，添加劑的加入方式由低位槽加入改為高位槽加入，噸銅明膠、硫脲消耗量平均值分別從194.95 g、97.48 g下降到了137.52 g、68.76 g，最終穩(wěn)定在93 g左右，降幅明顯。主要原因是縮短了添加劑加入路徑，由原有的加膠槽→低位槽→循環(huán)槽→鈦板換熱器→高位槽，改為加膠槽→高位槽，一步完成，減少了添加劑在輸送過程中的損失，尤其是通過鈦板換熱器時，操作控制不當蒸汽溫度很容易達到150 ℃以上，造成明膠、硫脲分解，功效降低；其次是對工藝進行了調整，尤其是根據電解液的分析結果，準確控制電解液的過濾量和凈化量，降低了添加劑絮凝作用消耗量。

2013年至2014年，添加劑的平均使用量下降了約40%，主要原因是再生陽極板量增加，2014年6月，再生陽極板的使用量已經接近100%，該廠礦銅陽極板銅品位平均值約在99.15%，而外購的再生陽極板銅品位平均值超過了99.50%，最高時已達到99.75%，為進一步降低添加劑的使用量提供了條件。

2.2 A級銅產出率提高

A級銅也稱高純陰極銅、升水銅，其產出率是衡量電解系統(tǒng)生產管理水平的重要指標之一。從表2歷年A級銅產出率統(tǒng)計表可以看出，A級銅平均產出率呈逐漸上升趨勢。尤其是2012年7月之后，上升幅度較大，2014年已達到99.15%。其主要原因是添加劑使用量降低之后，電解液粘度降低，從而密度降低，有利于貴金屬和其它雜質的沉降，降低了非銅粒子在陰極銅表面粘附幾率，陰極銅的外觀和內在化學品質都有所提高。

表2 2011年～2014年A級銅產出率統(tǒng)計表 %

2.3 直流電單耗降低

不考慮線損和接觸電壓降，理論上噸銅直流電單耗計算公式為：

W=1 000V/1.185 2×η

(1)

其中：W為噸銅直流電單耗，V為單槽槽電壓，η為電流效率。

而在實際生產中，一般采用下式計算直流電單耗：

W=直流總電量/標準陰極銅量

(2)

降低添加劑的使用量后，A級銅產出率提高，非標銅的產出率大大降低，陰極銅的的質量得到了保證。電流效率的高低直接影響陰極銅的產量，理論上有陰極銅返溶、副化學反應、短路、漏電4個因素，實際操作中主要是短路率。該廠短路率一直控制在1%以內，電流效率在97%左右。因此降低噸銅直流電單耗最終是降低單槽槽電壓，陰陽級采用10%～20%的稀硫酸清洗之后，槽電壓的高低主要取決于電解液中陰陽極之間的電阻，降低添加劑的使用量之后，電解液密度下降，電阻降低，相同電流密度下槽電壓下降。

表3為2011～2014年直流電單耗統(tǒng)計表。從表3可以看出，電流密度在265～275 A/m2范圍內，噸銅直流電單耗逐年下降，平均值由2011年的315 kW·h降低到了2014年的285 kW·h。

表3 2011年～2014年直流電單耗統(tǒng)計表

3 結語

針對添加劑在溫度較高的酸性電解液中分解較快，添加劑使用量大會增加電解液的粘度，增加直流電單耗的問題，通過將添加劑的加入方式改為高位槽加膠，調整電解液循環(huán)量、過濾量、凈化量等工藝參數，降低了電解液黏度，改善了陰極銅生產環(huán)境，提高A級銅產出率，極大地降低了添加劑的使用量和直流電單耗。

[1] 朱祖澤，賀家齊.現代銅冶金學[M].北京：科學出版社，2003.

[2] 趙天從.重金屬冶金學( 上冊) [M].北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

[3] 王勝林.銅電解添加劑的遴選及優(yōu)化研究[D].昆明：昆明理工大學材冶學院冶金系，2003.

[4] 夏紀鼎，倪永全.表面活性劑和洗滌劑化學與工藝學[J].北京；中國輕工業(yè)出版社，1997.

[5] 姚素平.誘導法脫砷技術在銅電解液凈化系統(tǒng)中的應用[J].有色金屬( 冶煉部分)，1996， (1):11-16.

[6] 吳繼烈.高雜質銅電解凈液方案探討[J].有色冶煉，1994 ，(4) :1-6.

(大冶有色金屬集團控股有限公司， 中國 黃石 435005)

Practice of reducing additive dosage of copper electro-refining

DONG Bo, CAO Chang-sheng, DENG Chong

Gelatin and thiourea as the main additives have an irreplaceable role in copper electro-refining, both decomposition and consumption is faster in the higher temperature acidic electrolyte, especially the gelatin, when through washing temperature is too high or the titanium plate exchanger heating too fast, the decomposition rate of gelatin could be increased. After adopting measures in production like adding gelatin in the high tank, adjusting the amount of electrolyte circulation, filtration, purification, etc., gelatin consumption reduced from 180 g/t.Cu to 45 g/t.Cu, and thiourea from 90 g/t.Cu to 30 g/t.Cu respectively, direct current consumption reduced to under 285 kW·h/t.Cu.

copper; electro-refining; additive; gelatin; thiourea; dosage; A grade copper; electricity consumption

董 博(1982—)，男，湖北黃石人，2005年畢業(yè)于江西理工大學，現任車間工藝主任，冶金工程師。

2014-- 11-- 06

TF811

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1672-- 6103(2015)05-- 0022-- 03