陳 杭， 衷水平,3， 康錦程， 張 鵬， 張興勛， 王 滔， 張煥然

(1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司, 福建 上杭 364200； 2.低品位難處理黃金資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建 上杭 364200； 3.江西理工大學(xué)， 江西 贛州 341000)

電積過(guò)程酸霧前端與末端耦合治理工藝及應(yīng)用實(shí)踐

陳 杭1,2， 衷水平1,2,3， 康錦程1， 張 鵬1,2， 張興勛1， 王 滔1， 張煥然1,2

(1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司, 福建 上杭 364200； 2.低品位難處理黃金資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建 上杭 364200； 3.江西理工大學(xué)， 江西 贛州 341000)

針對(duì)銅電積過(guò)程中存在酸霧大、污染環(huán)境等問(wèn)題，采用前端抑制和末端治理的耦合新工藝，解決了電積車(chē)間酸霧彌散的問(wèn)題。應(yīng)用結(jié)果表明，采用陽(yáng)極套袋能有效減少氣泡數(shù)量，可從源頭上抑制酸霧的帶出；采用透明樹(shù)脂板與強(qiáng)制通風(fēng)法聯(lián)用能有效地收集電積槽面的酸霧，降低酸霧對(duì)人體與設(shè)備的影響，車(chē)間經(jīng)改造后酸霧濃度由原來(lái)的35 mg/m3降低至1 mg/m3左右。

銅電積； 酸霧； 陽(yáng)極套袋； 強(qiáng)制通風(fēng)法

某銅濕法廠采用“生物堆浸- 萃取- 電積”工藝提取陰極銅，年產(chǎn)陰極銅2.47萬(wàn)t。其中，電積過(guò)程為高純陰極銅產(chǎn)品直接生產(chǎn)工序，工藝控制、設(shè)備性能直接決定產(chǎn)品質(zhì)量，其反應(yīng)式如下[1]：

陽(yáng)極：

2H2O-4e→4H++O2↑

(1)

陰極：

Cu2++2e →Cu

(2)

由式(1)、(2)可知，在硫酸銅電沉積過(guò)程有O2生成，當(dāng)氣泡直徑增大至0.3 mm時(shí)，將脫離陽(yáng)極板表面從電解液中加速上升至電解液與空氣界面處爆裂，產(chǎn)生的噴濺液滴以10 m/s的速度噴射進(jìn)入大氣，導(dǎo)致大量的電解液微滴彌散于空氣中，電解液中硫酸濃度高達(dá)160～180 g/L，造成電積車(chē)間酸霧彌漫[2]。

彌漫的酸霧將造成以下幾點(diǎn)不利的影響：(1) 惡化作業(yè)環(huán)境，嚴(yán)重影響工人的身體健康[3]；(2) 對(duì)周?chē)沫h(huán)境與大氣造成污染；(3) 造成廠房及設(shè)備的腐蝕，縮短使用壽命；(4) 造成硫酸的損失[4]。目前，國(guó)內(nèi)外抑制酸霧的方法主要可劃分為前端抑制和末端治理兩大類(lèi)。其中，前端抑制主要有泡沫覆蓋法[5-7]和添加全氟表面活性劑法[8-10]、小球覆蓋法[11-12]、機(jī)械消除法[13]、表面隔離法[14-16]等。后端治理的方法主要有通風(fēng)法[17-18]、靜電除霧法[19]和水噴淋吸收法[20]等。該銅濕法廠從2005年投產(chǎn)以來(lái)一直致力于酸霧治理工作，歷年來(lái)采取了PP小球覆蓋法、酸霧抑制劑法，效果均不理想，直到2009年建成電積槽酸霧排氣凈化系統(tǒng)，但仍未徹底的抽除酸霧，且另外引起電積槽導(dǎo)電銅排、絕緣排及陽(yáng)極板加快腐蝕，增加生產(chǎn)成本。

為了緩解酸霧造成的負(fù)面影響，2012年濕法廠決定采用前端抑制與末端治理耦合的方法治理酸霧。通過(guò)陽(yáng)極套袋的方式從源頭上減少酸霧的形成，末端匹配電積密閉抽風(fēng)系統(tǒng)，確保酸霧高效集中處理，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

1 酸霧前端抑制技術(shù)

在電積過(guò)程中，陽(yáng)極表面會(huì)析出大量的氣泡，這些氣泡直徑小而密集且沖破液面時(shí)速度大，極有利于酸霧的帶出。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了泡沫覆蓋法、小球覆蓋法和表面隔離法等方法抑制酸霧的生成，但仍無(wú)法擺脫抑制效果不理想或操作費(fèi)用過(guò)高的問(wèn)題。因此，濕法廠提出采用陽(yáng)極套袋的方式從源頭上抑制酸霧的生成，陽(yáng)極套袋如圖1所示。由圖1可知，陽(yáng)極套袋主要由聚氯乙烯纖維制成，套袋一端開(kāi)口可裝入陽(yáng)極，開(kāi)口上方有固定布條可系于鉛陽(yáng)極板上，其應(yīng)用如圖2所示。

圖1 陽(yáng)極套袋示意圖

在傳統(tǒng)的電鍍過(guò)程中，為了保證鍍層的光亮與微觀平整性，通常采用棉、麻、混紡織物及漂白布、的確良布、滌綸布等制成陽(yáng)極套袋，將陽(yáng)極套住，抑制陽(yáng)極溶解雜質(zhì)遷移至鍍層表面污染鍍層[21]。在銅電積過(guò)程中使用陽(yáng)極套袋，一方面可以抑制鉛陽(yáng)極溶解產(chǎn)生的懸浮雜質(zhì)遷移而污染陰極；另一方面，如圖3所示，陽(yáng)極套袋可使氣泡聚集長(zhǎng)大，減少氣泡數(shù)量，也可以減緩氣泡逸出電解液面時(shí)的速度，從而減少電解液的夾帶量和氣泡破裂時(shí)噴濺液滴的噴射速度，抑制大量的電解液進(jìn)入空氣。圖4為前端抑制技術(shù)對(duì)車(chē)間酸霧含量的影響。由圖4可知，未對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行套袋時(shí)，車(chē)間酸霧含量為32.6 mg/m3；采用陽(yáng)極套袋后，車(chē)間酸霧含量顯著降低至7.8 mg/m3。

圖2 陽(yáng)極套袋生產(chǎn)應(yīng)用

圖3 酸霧抑制機(jī)理示意圖

圖4 前端抑制技術(shù)對(duì)車(chē)間酸霧含量的影響

2 酸霧末端治理技術(shù)

2.1 技改前

2009年銅濕法廠進(jìn)行了電積槽酸霧排氣凈化系統(tǒng)技改工程，如圖5所示。其主要設(shè)備有：玻璃鋼酸霧凈化塔、羅茨風(fēng)機(jī)、大小玻璃鋼管道、槽側(cè)面建設(shè)、風(fēng)管軟接頭、丙綸布等。該工程投入使用后，其效果很不理想，具體原因有如下兩點(diǎn)：(1)由圖5可知，電積槽面只有一個(gè)風(fēng)口，所抽走的只是槽面較小局部的酸霧，離風(fēng)口較遠(yuǎn)的酸霧無(wú)法排除，大量的酸霧只能從槽面上逸出或沉積在槽內(nèi)，且丙綸布搭接存在加工漏縫，造成酸霧抽吸不徹底，廠房?jī)?nèi)仍有酸霧，工作環(huán)境惡化，且腐蝕行車(chē)等設(shè)備，存在安全隱患。(2)由于電積槽面采用丙綸布遮蓋，酸霧沉積在槽內(nèi)，使槽面形成酸性潮濕的環(huán)境，陰陽(yáng)極導(dǎo)電棒長(zhǎng)期在潮濕的環(huán)境下，導(dǎo)電排、絕緣排和陽(yáng)極板因硫酸銅結(jié)晶發(fā)生電腐蝕，設(shè)備使用年限縮短，影響正常生產(chǎn)。

圖5 技改前強(qiáng)制通風(fēng)方式

2.2 技改后

針對(duì)首次技改出現(xiàn)的酸霧抽吸不徹底，腐蝕導(dǎo)電排、絕緣排等問(wèn)題進(jìn)行二次技改，該次技改只針對(duì)電積槽槽面進(jìn)行，原有的抽風(fēng)系統(tǒng)不變，如圖6所示，其主要技改內(nèi)容為：(1)由現(xiàn)有槽面上的一個(gè)抽風(fēng)口改造成多個(gè)抽風(fēng)口，使電積槽上方形成負(fù)壓作業(yè)；(2)制做耐酸堿透明樹(shù)脂板蓋板，要使電積槽形成負(fù)壓作業(yè)，就要使電積槽成為一個(gè)密封器，采用5 mm耐酸堿透明樹(shù)脂板，樹(shù)脂板蓋板底安裝玻璃鋼滑輪，雙層滑動(dòng)方法，類(lèi)似鋁合金推拉窗原理，方便操作；(3)風(fēng)口聯(lián)接，玻璃鋼蓋內(nèi)內(nèi)置抽風(fēng)管與槽體外的風(fēng)管聯(lián)接采用活動(dòng)管連接，便于員工日常安裝及拆開(kāi)，進(jìn)行銅板出槽及巡檢。

通過(guò)電積槽酸霧抽風(fēng)系統(tǒng)改造，槽蓋之間相連更為緊密，保證良好抽風(fēng)效果。電積槽內(nèi)部導(dǎo)電排、絕緣排和陽(yáng)極板上不會(huì)再大量積聚硫酸銅結(jié)晶，可以大大減緩導(dǎo)電板等因硫酸銅結(jié)晶引起的電腐蝕速度。另外，透明樹(shù)脂板可方便檢查電積槽內(nèi)生產(chǎn)情況，提高安全生產(chǎn)系數(shù)，且整體美觀大方，槽蓋板上下兩層滑輪設(shè)計(jì)使操作更加方便省力。

圖6 技改后強(qiáng)制通風(fēng)方式

3 應(yīng)用實(shí)踐

該濕法廠于2012年決定采用前端抑制與末端治理耦合的方法治理酸霧，其生產(chǎn)車(chē)間技改前后對(duì)比，如圖7所示。由圖7可知，技改后車(chē)間美觀大方，導(dǎo)電排沒(méi)有明顯的硫酸銅結(jié)晶，車(chē)間地面干凈整潔。改造前后車(chē)間酸霧濃度由表1所示。由表1可知，電積車(chē)間酸霧濃度由改造前的35 mg/m3降低至改造后的1 mg/m3左右，前端與末端耦合技術(shù)能有效解決酸霧量大，作業(yè)環(huán)境差，腐蝕設(shè)備的問(wèn)題。

圖7 生產(chǎn)車(chē)間酸霧治理改造前后對(duì)比

時(shí)間改造前酸霧濃度/mg·m-32009年12月31 62010年6月35 82010年12月33 22011年6月37 2時(shí)間改造后酸霧濃度/mg·m-32014年6月0 92014年12月0 62015年6月1 12015年12月0 7

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)3年多的生產(chǎn)，前端與末端耦合技術(shù)治理酸霧具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1) 陽(yáng)極套袋能大大減少氣泡的數(shù)量，減低氣泡的上浮速度，有效地從源頭上抑制酸霧的生成，使車(chē)間酸霧含量由32.8 mg/m3降低至7.8 mg/m3左右。

(2)采用鋁合金推拉窗原理建立的樹(shù)脂板，整個(gè)電積槽處于密封器環(huán)境。配上抽風(fēng)系統(tǒng)，使電積槽形成負(fù)壓表面，酸霧不逸出槽外，也不停滯在槽面，電積槽處于干燥環(huán)境，陰陽(yáng)極導(dǎo)電棒不產(chǎn)生腐蝕。而且，樹(shù)脂板蓋防腐功能好，一次性投資，長(zhǎng)期使用。

(3)采用前端抑制和末端治理耦合技術(shù)，銅電積車(chē)間的酸霧濃度顯著降低，可由原先的35 mg/m3降低至1 mg/m3左右。

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Technology and application of treating acid mist by combination with source controlling and follow-up treatment in copper electrowinning

CHEN Hang, ZHONG Shui-ping, KANG Jin-cheng, ZHANG Peng, ZHANG Xing-xun, WANG Tao, ZHANG Huan-ran

According to a series of problems such as heavy acid mist, air pollution during copper electrowinning, a technology combination with source controlling and follow-up treatment was adopted. The application result showed that the bagging anode could decrease the bubble amount and reduce the acid mist carried from electrolyte, and that the acid mist could be collected by using transparent resin plate and the reinforced exhausting system, which could reduce corrosion of equipment and acid mist concentration. The acid mist concentration was reduced from 35 mg/m3to 1 mg/m3.

copper electrowinning; acid mist, bagging anode; reinforced exhausting system

國(guó)家自然科學(xué)基金：RE對(duì)銅電積Pb-Sn-RE合金陽(yáng)極性能的影響機(jī)制研究(51364016)

陳 杭(1989—)，男，福建三明人，碩士，冶金工程師，從事銅、金濕法冶煉研究工作。

TF811

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