永久阴极法铜电解生产工艺优化

永久阴极法铜电解生产工艺优化

自1978年不锈钢阴极板应用于铜精炼，铜电解工业实现了跨越式发展。永久阴极法采用了更平直的不锈钢阴极，经过几十年工艺不断的改进，其经济技术指标明显优于传统的始极片法电解，所以被大部分新建铜电解项目所采用。在生产实践中各厂家均在持续优化铜精炼工艺，提升技术经济指标，降低生产成本。

1大冶有色30万t铜电解系统简介

大冶有色是国有控股的大型铜冶炼企业，于2012年10月竣工投产的30万t铜加工清洁生产示范项目，采用不锈钢永久阴极法电解。电解系统2014年6月达产达标后，于2015年8月在英国金属交易所阴极铜注册成功。电解分为东西区两个独立的系统，每个系统拥有电解槽512个，配置硫酸铜、电积和硫酸镍系统，电解流程图见图1。火法系统浇铸的阳极板经阳极机组整形铣耳后，用专用行车装槽。阴极到周期后，整槽起吊运至阴极剥片机组进行剥离作业，不锈钢阴极板返回电解槽，进人下一个周期。剥离的阴极铜堆码打包，残极经过残极机组洗涤后返回火法系统。换装作业人工用电解液冲洗电解槽底部阳极泥，用泥沙泵转人浓密机，再从底部输送到板框压滤机进行压滤，滤后液返回电解循环系统。抽取四分之一的循环电解液进行精密

过滤。每天外输一定体积的电解液通过硫酸铜、电积和硫酸镍系统进行净化。电解系统工艺参数如表

2、生产中出现的主要问题

在电解过程中，阳极板中的脱模剂和石英砂沉人电解槽底部，然后被冲人地坑，因其比重较大，经常将地坑的搅拌桨淹没，影响正常生产，需要定期进行人工清坑作业。为达到阳极泥含水要求，滤饼要经过大约一个半小时的吹风。造成酸雾弥漫厂房，现场环境恶劣，经常发生阳极泥含水超标，2014年平均含水高达28. 5%。当同区两组(32槽/组)同时洗槽作业，两台板框压缩机无法满足生产需求，现场无新设板框压滤机空间。未及时更换破损的过滤布，会发生“跑黑”现象，

使阳极泥颗粒进人电解液的循环系统，影响的阴极铜质量。电解项目自达产达标后，各项经济技术指标与同行业有一定的差距，其中A级铜产出率一般在99%，出现阴极铜质量波动。电流效率在95%上下波动，直流电单耗在310 kW h/t.Cu左右。

3.1工艺优化

阳极泥压滤系统改造地坑新增流量为60m3/h，扬程52m，功率30kW，转速2950r/min的泥沙泵。每次作业时，先进行搅拌，再启动泵。每次作业完确保地坑无累积。替换一台阳极泥板框为隔膜水压板框，其过滤面积为100 m2，高压鼓膜，自动液压压紧、保压、拉板卸料模式。阳极泥先用隔膜水压板框进行第一次压滤，滤后液进人普通板框进行第二次过滤，滤后液进行精密过滤机过滤。阳极泥泥浆经过了一次压滤、一次过滤和一次精密过滤后，电解液的纯净度明显提高。改造后的阳极泥过滤流程如图2。

3.2电解液成分控制

一般认为高电流密度生产，需要提高Cu，浓度，确保阴极铜质量的稳定。提高H2SO4的浓度，可以增加电解液的导电性，为降低电耗提供条件。但Cu2+和H2SO4浓度的升高，增加电解液的比重，影响阳极泥的沉降。在生产中有时电解液中Cu2+降到40g/L以下，依然能高产出高纯铜。于是降低Cu2+浓度，在控制电解液比重前提下，适当提高H2SO4浓度，严格控制电解液其他杂质含量。

电解成分的控制主要是依靠增大开路的净化量。电解液先经硫酸铜系统脱铜及其中的残胶，再经过一二段电积深度脱铜和脱杂，终液输送到硫酸镍系统脱镍。

3.3添加剂调整

铜电解的添加剂一般有明胶(骨胶)、硫脉和盐酸，少数厂家使用阿维酮等。虽然铜电解使用添加剂已有百年的历史，但其机理目前还没有完全解释清楚。添加剂的在线检测系统有人进行了研究，但一般还是凭经验调整加人量。添加剂主要是控制阴极铜板面质量，过量是适量的好几倍。添加剂有时效性，而其是否适量从阴极铜板面反应有延迟性，所以每个系统最佳的加入量非常难掌握。在不影响阴极铜质量前提下，逐步降低其用量，达到最低值后，稳定加入量，最后明胶加入量稳定在43g/t,Cu、硫脲控制在70 g/t. Cu,2015年明胶单耗趋势如图3, 硫脲单耗趋势如图4。

在调整明胶和硫脉时，稳定盐酸加人量，按照180 mL/tCu的量加入。新增阿维酮，按照9g/tCu的量加入。

3.4提高电解液温度

电解液的温度关系电解中离子扩散、离子活性和粘度等，即影响电解液导电性能和阳极泥的沉降等。在高温下，漂浮阳极泥也会减少。一般认为提高温度会增加添加剂消耗、提高溶解率、增加蒸发量和蒸

汽耗量等。将电解温度由60-63℃控制提升到65-67℃。

4优化后效果

阳极泥过滤系统经过改造优化后，没有出现因板框压滤机正在压滤影响生产。全年阳极泥含水量达到要求，平均22.6%，最低降到20%，详见图5。压滤时间大幅缩短了，过滤饼一般10min就可以压干，卸完后马上进液，进行连续作业。提升电解液温度，发现对加快添加剂的分解、阴极铜的溶解、电解液的蒸发量影响不是十分明显。因为高电流密度生产，产生大量的焦耳热，并且电解

槽保温效果好，蒸汽耗量基本没有增加。阳极泥过滤系统优化改造后，确保了电解液纯度，降低了添加剂用量和电解液粘度。控制好电解液比重，有利于阳极泥的沉降。增加净化开路量，减少系统残胶及杂质含量。提高温度也会降低电解粘度，同时增加了离子的扩散和活性。这些均有利于提升阴极铜质量，高纯铜产出率由2014年的平均99%提升至2015的99.5%，高纯铜产出率如图6。

当阴极铜质量稳定，工艺控制平稳，电流效率也稳定上升，2015年末升至98，详见图7。电解液成分的合理控制，离子扩散的加快，致使槽压大幅下