電解凈液工藝處理銅陽極泥浸出液的生產(chǎn)實踐及優(yōu)化

蘇 峰，余林花

(金隆銅業(yè)有限公司,安徽 銅陵244021)

銅陽極泥浸出液(以下簡稱“浸出液”)是將銅電解精煉所產(chǎn)陽極泥使用稀硫酸溶液分別利用一段常壓及二段加壓工藝在反應(yīng)釜容器內(nèi)浸出所產(chǎn)的含銅廢液,除銅以外,鎳、碲、硒等有價元素也被浸出,與銅一起進入浸出后液[1]。

金隆銅業(yè)有限公司(以下簡稱“公司”)每年產(chǎn)出浸出液中銅含量約1 190 t,在技改之前主要通過旋流電積系統(tǒng)處理該浸出液。但因一段浸出液雜質(zhì)含量過高,旋流電積系統(tǒng)設(shè)計能力受限,僅能處理少量雜質(zhì)含量低的二段浸出液,同時,受黑酸回用限制(酸濃要求達60%以上),旋流電積系統(tǒng)日均處理二段浸出液約35 m3。因此,仍有大部分浸出液無法實現(xiàn)內(nèi)部循環(huán),需要通過外售的方式進行處理,此種方式對公司的經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大影響[2]。

針對此問題,公司通過經(jīng)濟效益測算對比旋流電積工藝與電解凈液工藝處理銅陽極泥浸出液的方案,結(jié)果表明電解凈液工藝優(yōu)于旋流電積工藝。實施電解凈液工藝后,取得了很好的經(jīng)濟效益。

1 旋流電積工藝處理銅陽極泥工藝流程及生產(chǎn)參數(shù)

公司浸出液每日產(chǎn)量約90 m3,其中一段常壓浸出液15 m3,二段加壓浸出液75 m3。一段、二段浸出混合液銅含量40 g/L,年開工率90%。技改前采用的銅陽極泥處理工藝流程見圖1。由圖可知,銅電解系統(tǒng)所產(chǎn)銅陽極泥通過酸浸的方式在常壓及加壓工藝條件下,將含銅浸出后液通過壓濾分離。壓濾出的浸出后液一般通過外售、旋流電積系統(tǒng)及電解凈液等方式處理,經(jīng)凈液脫銅后的電解液一部分返回電解系統(tǒng),另一部分返硫酸鎳工藝處理,得到產(chǎn)品粗硫酸鎳及黑酸,黑酸再回用至稀貴金屬工序處理銅陽極泥。壓濾浸出渣經(jīng)卡爾多爐處理澆鑄金銀錠,作為電解金銀的產(chǎn)品。

圖1 銅陽極泥處理工藝流程圖

2 兩種浸出液處理工藝方案效益對比

為實現(xiàn)銅陽極泥浸出液的綜合利用,提高公司的整體經(jīng)濟效益,依據(jù)目前生產(chǎn)工藝條件,主要選擇兩種處理方案:一是繼續(xù)現(xiàn)有旋流電積工藝并擴大產(chǎn)能,逐步提高處理量[3];二是通過電解凈液工藝處理。為明確該兩種方案的最優(yōu)選擇,通過效益測算初步確定優(yōu)先方案。表1、表2分別為浸出液通過旋流電積工藝和電解凈液工藝的效益測算結(jié)果,電費、水費分別按照0.54 元/kW·h、1.93 元/t 計算。

2.1 旋流電積處理浸出液效益

表1為浸出液在旋流電積系統(tǒng)處理的效益測算結(jié)果。以年生產(chǎn)500 t 電解銅計,噸銅電耗3 500 kW·h、水耗3.64 t。經(jīng)計算,浸出液在旋流電積系統(tǒng)處理加工總成本為726.4 萬元,單位成本為726.4 ×10 000 ÷500 =14 528 元/t。

表1 浸出液在旋流電積系統(tǒng)的效益測算

由于旋流電積系統(tǒng)年處理浸出液含銅約500 t,剩余的浸出液含銅約690 t 需外售處理,以2018年銅回收率按98%計,電解液含銅計價系數(shù)為電解銅價格的63.5%,電解銅銷售單價按當年均價51 500元/t 計,則每年外售含銅浸出液損失見式(1)。

2.2 電解凈液系統(tǒng)處理浸出液效益

表2為浸出液在電解凈液系統(tǒng)處理的效益測算結(jié)果,以浸出液直接產(chǎn)出標準銅1 000 t、黑銅泥產(chǎn)出電解銅190 t 計,噸銅電耗2 200 kW·h、水耗1.9 t。另,凈液系統(tǒng)恢復生產(chǎn)一次性需投入資材備件約654 萬元,根據(jù)各資材備件使用年限,當年分攤資材備件費268 萬元。經(jīng)計算,浸出液在電解凈液系統(tǒng)處理加工總成本為367 萬元,單位成本為3 084 元/t。其中電解凈液工序可控成本為225 萬元,單位可控成本為1 894 元/t。

表2 浸出液在凈液系統(tǒng)的效益測算

浸出液通過電解凈液工藝系統(tǒng)處理,約85%銅轉(zhuǎn)化為標準銅,即產(chǎn)出標準電銅約1 000 t;約15%銅進入黑銅泥,即產(chǎn)出黑銅泥含銅約190 t,黑銅泥再返回閃速爐處理。另,凈液系統(tǒng)年產(chǎn)粗銅約4 000 t;年產(chǎn)黑酸約6 000 t(酸濃達60%～70%),可基本實現(xiàn)銅電解陽極泥再加工過程中黑酸再利用和產(chǎn)出浸出液的產(chǎn)出平衡[5]。

通過對上述兩個處理方案的比較,浸出液采用旋流電積工藝處理一年效益損失約1 086 萬元,在凈液系統(tǒng)處理可控成本為225 萬元,由此看出,浸出液在凈液系統(tǒng)處理比在旋流電積系統(tǒng)處理具有明顯經(jīng)濟優(yōu)勢。

3 電解凈液工藝處理陽極泥方案及優(yōu)化

3.1 電解凈液工序生產(chǎn)能力

電解凈液工序承擔著銅電解生產(chǎn)過程中脫銅、脫雜的重要任務(wù)?，F(xiàn)凈液工藝主要有原老凈液工序(停產(chǎn))及新凈液工序,經(jīng)過整合該兩套工藝以后,原老凈液生產(chǎn)工藝承擔著凈化脫銅任務(wù),即生產(chǎn)標準電積銅,新凈液工藝承擔著電積脫雜的功能。該電積工序有兩套獨立控制系統(tǒng),分別控制脫銅工序與脫雜工序。表3為凈液工藝系統(tǒng)的脫銅處理能力。

表3 凈液工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)能力

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析,按公司年產(chǎn)46 萬t 電解銅的生產(chǎn)規(guī)模,銅溶出率1.3%(以設(shè)計數(shù)據(jù)為準)計算可知,年銅溶出量為460 000 ×1.3% =5 980 t,而凈液脫銅能力為5 200 +2 270 =7 470 t,可知凈液富余了7 470-5 980 =1 490 t 的脫銅能力,大于浸出液含銅1 190 t。因此,公司所產(chǎn)銅陽極泥浸出液實施電解凈液工藝進行處理是可行的。

3.2 獨立系統(tǒng)處理浸出液

浸出液的成分主要由陽極泥的成分決定。由于一段常壓浸出液的成分較為復雜,一段和二段的混合溶液經(jīng)輸送至電解凈液系統(tǒng)后極易混合原待處理的廢電解液,最終將會影響脫雜終液的成分穩(wěn)定性。因此,為了保持脫雜終液的穩(wěn)定性,工藝上布置一條獨立循環(huán)管線對該混合浸出液進行獨立處理[4],即與原待處理廢電解液區(qū)分處理。表4列出了混合浸出液的主要成分,由表可知該混合浸出液的成分較為復雜,無規(guī)律可循。圖1即為凈液工序獨立系統(tǒng)處理浸出液的設(shè)備連接圖。

表4 浸出液的主要成分 mg/L

圖2 獨立系統(tǒng)處理浸出液的設(shè)備連接圖

電解凈液系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化改造后,該混合浸出液可實現(xiàn)完全的循環(huán)處理,循環(huán)流量調(diào)整,可根據(jù)該混合浸出液的脫雜成分及時調(diào)整。由于該混合浸出液的成分較復雜,其一次電積脫銅所產(chǎn)標準銅的雜質(zhì)成分及脫雜終液的成分波動較大。經(jīng)分析,由于混合浸出液的成分主要由銅陽極泥的成分決定,其成分復雜且無規(guī)律,經(jīng)過一次電積脫銅處理后,標準銅的雜質(zhì)成分波動較為明顯,基本不具備外售條件(如表5所示)。同時,所產(chǎn)脫雜終液的各項成分波動明顯,不利于后段硫酸鎳系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定(表6)。

表5 獨立系統(tǒng)處理浸出液所產(chǎn)某批標準銅的雜質(zhì)成分 10 -6

表6 獨立系統(tǒng)處理浸出液后所產(chǎn)的脫雜終液成分g/L

3.3 混合浸出液與廢電解液的處理

受混合浸出液成分波動大影響,一次電積獨立系統(tǒng)脫銅工序所產(chǎn)標準銅及脫雜終液的成分波動較大。每日混合浸出液所占體積與脫銅處理廢電解液體積比例約為1∶(8～20),如果該浸出液混合廢電解液能夠在凈液工序均勻處理,其成分應(yīng)較為穩(wěn)定,則對標準銅的質(zhì)量及脫銅終液的成分影響會降低。圖3為浸出液與廢電解液混合后的設(shè)備連接圖。經(jīng)優(yōu)化改造后,浸出液以24 h 連續(xù)混合廢電解液的方式進入凈液電積系統(tǒng),該處理方式可減少人工調(diào)整工作量,也為凈液系統(tǒng)的穩(wěn)定控制提供了保障。表7為工藝優(yōu)化以后所產(chǎn)標準銅的化驗成分,可知標準銅成分較穩(wěn)定,且滿足要求。

圖3 浸出液與廢電解液混合后的設(shè)備連接圖

表7 浸出液與廢電解液混合后所產(chǎn)某批標準銅的雜質(zhì)成分 10 -6

上述分析可知,浸出液與廢電解液混合處理以后,成分較為穩(wěn)定,能夠滿足標準銅的生產(chǎn)。

生產(chǎn)實踐表明,通過單獨處理或者混合處理該浸出液均能夠?qū)崿F(xiàn)完全消化處理,但考慮到一次電積脫銅生產(chǎn)標準銅的質(zhì)量以及二次電積脫雜后液的成分穩(wěn)定性問題,優(yōu)先選擇浸出液與廢電解液混合處理更有利于電解系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,同時也為后道工序的生產(chǎn)提供了便利條件。

4 結(jié)語

經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實踐,銅陽極泥浸出液能夠?qū)崿F(xiàn)完全的閉路消化處理,尤其是與廢電解液混合處理后更有利于脫雜終液成分的穩(wěn)定,所產(chǎn)標準銅質(zhì)量穩(wěn)定,脫雜終液的各元素成分處于合理范圍。因此利用凈液工藝處理銅陽極泥浸出液是可行的。

與傳統(tǒng)的旋流電積技術(shù)相比,公司采用該工藝具有以下優(yōu)點:第一,減少了一套旋流電積處理系統(tǒng)的設(shè)備投入,直接利用現(xiàn)有的凈液處理系統(tǒng)即可實現(xiàn)兩種廢液(廢電解液及浸出液)的有效處理;第二,實際運行過程中,成本和場地等投入均明顯降低,處理能力也得到有效提高;第三,浸出液實現(xiàn)了內(nèi)部循環(huán)處理,無需外售,提高了金屬回收率,降低了有價金屬的損失,并減少了環(huán)保風險,為銅冶煉行業(yè)處理同類浸出液提供了參考方案。