凈液工藝流程的改進(jìn)及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)

陳遲

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

凈液工藝流程的改進(jìn)及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)

陳遲

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

介紹了張家港100 kt陰極銅工程的凈液車間工藝流程在以往工藝流程基礎(chǔ)上所做的改進(jìn)。該項(xiàng)目采用了一次脫銅和真空蒸發(fā)并行的流程，并且設(shè)置了中段脫銅以適應(yīng)項(xiàng)目需求；一次脫銅電解工序的設(shè)計(jì)中采用了雙向平行流工藝；冷凝水和酸性廢水也得到了充分利用。

凈液；并行；一次脫銅中段脫銅；廢水回用

1 凈液工藝流程

在電解的過程中，電解液中的銅和雜質(zhì)離子的濃度會(huì)逐漸增加，如不加以去除，銅及雜質(zhì)離子的濃度會(huì)超過極限濃度[1]，對(duì)電解過程造成不利影響,故需要定期抽取一定量電解液送凈液車間脫銅脫雜。凈液車間配套電解車間而建，包括一次脫銅生產(chǎn)電積銅、真空蒸發(fā)生產(chǎn)粗硫酸銅、二次脫銅脫除銅及雜質(zhì)離子等工序[2]。

如果先一次脫銅，一次脫銅終液去真空蒸發(fā)，由于一次脫銅終液濃度已降至30 g/L或更低，為保證一定的結(jié)晶率，需將銅離子濃度升至65～70 g/L。這樣一方面需蒸發(fā)的水量較大，需選擇能力較大的真空蒸發(fā)器組，另一方面蒸發(fā)后液的酸濃度也較高，對(duì)后續(xù)流程中設(shè)備、管道的耐腐蝕性提出了更高的要求。而如果先真空蒸發(fā)，再一次脫銅，則真空蒸發(fā)、水冷結(jié)晶后得到的結(jié)晶母液中銅離子濃度降低了，砷、銻、鉍等雜質(zhì)離子濃度提高了。雜質(zhì)濃度較高的結(jié)晶母液去一次脫銅，會(huì)影響電積銅的產(chǎn)品質(zhì)量[3-4]。

在張家港100 kt陰極銅工程中，凈液車間采用了廢電解液部分進(jìn)入真空蒸發(fā)系統(tǒng)、部分進(jìn)入一次脫銅電解系統(tǒng)的并行流程。由于目前一次脫銅產(chǎn)出的電積銅價(jià)值高于真空蒸發(fā)產(chǎn)出的粗硫酸銅，可盡量多生產(chǎn)電積銅、少產(chǎn)或不產(chǎn)粗硫酸銅。故結(jié)晶出的粗硫酸銅只需滿足電解調(diào)銅需要即可，根據(jù)需重溶的粗硫酸銅量確定進(jìn)入真空蒸發(fā)系統(tǒng)的廢電解液量，其余的大部分廢電解液則進(jìn)入一次脫銅電解槽進(jìn)行脫銅電解生產(chǎn)電積銅（凈液并行工藝流程參見圖1）。真空蒸發(fā)、水冷結(jié)晶后得到的結(jié)晶母液和一次脫銅終液混合后，再送入中段脫銅電解槽進(jìn)行脫銅，中段脫銅后的溶液送入二次脫銅電解槽進(jìn)行脫銅、脫雜,得到的二次脫銅終液送至硫酸鎳回收工段進(jìn)行脫鎳，回收酸返回電解車間。

圖1 凈液并行工藝流程

按此凈液流程，真空蒸發(fā)器組實(shí)際需處理的廢電解液量大大減少，可選擇蒸發(fā)能力較小的設(shè)備，減少投資。但考慮其他因素，如硫酸銅價(jià)格上漲而多產(chǎn)硫酸銅，或廢電解液雜質(zhì)含量升高需增加返溶調(diào)銅硫酸銅量，在真空蒸發(fā)器組選型時(shí)適當(dāng)考慮富余能力。

2 一次脫銅工序的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

一次脫銅電解工序的設(shè)備連接見圖2。

圖2 一次脫銅電解工序設(shè)備連接

如圖2所示，該工序的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

1）雙向平行流電積工藝。凈液車間一次脫銅電解工序采用雙向平行流電積工藝。此工藝改進(jìn)了電解液在脫銅槽內(nèi)的循環(huán)方式，在一次脫銅電解槽兩側(cè)壁上部進(jìn)液，溶液在陰極板上的分布更加均勻，并且可以快速補(bǔ)充陰極板面溶液中的銅離子，減少濃差極化。使得產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)陰極銅時(shí)的電流密度提高到了260～280 A/m2，且一次脫銅終液銅離子濃度可降低至15～20 g/L。

2）一次脫銅電解工序采用大流量的溶液循環(huán)，并過濾一次脫銅液。根據(jù)凈液并行流程，一部分廢電解液泵送至一次脫銅前液貯槽，積累到一定溶液量后，由一次脫銅前液泵將溶液送至板式換熱器加熱再進(jìn)入一次脫銅電解槽生產(chǎn)電積銅。為了減少濃差極化，需采用大循環(huán)的方式來加大進(jìn)入一次脫銅電解槽的溶液量，即一次脫銅前液泵采用大流量的變頻泵，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)進(jìn)入一次脫銅電解槽的溶液量，此溶液流量可數(shù)倍于進(jìn)入一次脫銅前液貯槽的廢電解液流量。經(jīng)過脫銅電解，一次脫銅終液流入一次脫銅終液貯槽后，將一部分一次脫銅終液由泵送至中段脫銅前液貯槽，通過計(jì)量和調(diào)節(jié)閥控制，保證這部分溶液量和進(jìn)入一次脫銅前液貯槽的廢電解液量一致，其余溶液返回一次脫銅前液貯槽進(jìn)行大循環(huán)。為保證一次脫銅液的潔凈度，設(shè)置了一次脫銅壓濾機(jī)，如溶液需過濾，可先泵送至壓濾機(jī)過濾，再自流入一次脫銅前液貯槽。一次脫銅上清液經(jīng)壓濾機(jī)過濾后返回一次脫銅前液貯槽。

3）一次脫銅進(jìn)液管設(shè)置自動(dòng)排氣閥。為了保證足夠的流量和壓力，一次脫銅電解槽進(jìn)液采用泵直接給液的方式。但這也可能會(huì)使脫銅電解體系帶入空氣，從而對(duì)一次脫銅造成不利影響。因此有必要采取措施在脫銅電解前排出管路中的空氣。為解決這一問題，在進(jìn)入一次脫銅電解槽前的溶液管道上設(shè)置了自動(dòng)排氣閥，排出管路內(nèi)的多余氣體。具體做法是：在一次脫銅前液泵至一次脫銅板換的溶液管頂端（水平管段處）接一段豎直向上的短管，短管上依次接蝶閥和排氣閥，排氣閥出口接排氣（液）管，排氣（液）管接至一次脫銅前液貯槽。需排氣時(shí)，打開蝶閥，排氣閥自動(dòng)排氣，排氣時(shí)帶出的液滴聚集后回流至一次脫銅前液貯槽。

3 中段脫銅槽的設(shè)置及功能切換

在設(shè)計(jì)之初，業(yè)主為了利用老廠原有脫銅電解槽，限定了二次脫銅電解槽的數(shù)量，即限定了二次脫銅電解工序的脫銅、脫雜能力。而一次脫銅電解生產(chǎn)的電積銅要作為產(chǎn)品銷售，質(zhì)量需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)陰極銅要求。在采用溶液大循環(huán)及雙向平行流工藝的前提條件下，保守考慮一次脫銅終液濃度設(shè)定為20 g/L左右。而這個(gè)濃度的一次脫銅終液超出了二次脫銅電解槽（利舊）的處理能力。為此，在一次脫銅電解工序和二次脫銅電解工序之間設(shè)置了中段脫銅電解工序，以解決二次脫銅電解槽數(shù)量受限制的問題。

設(shè)置一組中段脫銅電解槽，并且與一次脫銅電解槽采用相同的結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)出液方式。相應(yīng)配置中段脫銅板式換熱器、中段脫銅前液泵和中段脫銅前液貯槽各一臺(tái)。一期電解規(guī)模為100 kt/a時(shí)，中段脫銅槽處理一次脫銅后液，得到的中段脫銅后液送二次脫銅電解工序處理。到二期工程電解擴(kuò)產(chǎn)到200 kt/a陰極銅時(shí)，會(huì)另外增加二次脫銅電解槽以滿足脫銅脫雜要求，故不再設(shè)置中段脫銅電解槽。屆時(shí)可通過閥門切換，將中段脫銅電解槽（一組）和一次脫銅電解槽（兩組）并聯(lián)，即中段脫銅電解槽成為第三組一次脫銅電解槽。中段脫銅前液泵和二次脫銅前液泵規(guī)格一致，到二期時(shí)通過閥門切換可以和二次脫銅前液泵互為備用。中段脫銅前液貯槽和二次脫銅前液貯槽規(guī)格一致，槽間設(shè)底部連通管，連通管上閥門一期時(shí)關(guān)閉，二期時(shí)打開，相當(dāng)于二期時(shí)增大了二次脫銅前液貯槽的容積。

一期使用2組一次脫銅電解槽（20槽），在電流密度260 A/m2下運(yùn)行，（平行流電積脫銅最高可達(dá)280 A/m2），得到的一次脫銅終液Cu2+約20 g/L。與真空蒸發(fā)、水冷結(jié)晶后得到的結(jié)晶母液混合后，作為中段脫銅前液進(jìn)入中段脫銅電解槽，電積脫銅至Cu2+濃度約15 g/L進(jìn)入二次脫銅前液貯槽，最后送至二次脫銅電解槽脫銅脫雜。二期使用3組一次脫銅電解槽，并提高一次脫銅電解的電流密度至280 A/m2。

中段脫銅電解工序的設(shè)備連接見圖3。

圖3 中段脫銅電解工序設(shè)備連接

4 冷凝水及酸性廢水的回用

在凈液車間內(nèi),蒸汽通入板式換熱器加熱脫銅電解液后,冷凝并經(jīng)疏水閥后形成冷凝水；真空蒸發(fā)器組用蒸汽加熱廢電解液時(shí),也會(huì)產(chǎn)生冷凝水。這些冷凝水自流入冷凝水槽收集,再泵送至洗板槽清洗電積銅,或送至硫酸銅重溶槽溶解粗硫酸銅,多余的冷凝水送給排水專業(yè)利用。冷凝水正常情況下呈中性,但若換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破損造成漏酸,則冷凝水會(huì)呈酸性。在冷凝水泵出口設(shè)置pH計(jì),在送往給排水專業(yè)的冷凝水管道上設(shè)置儀表通斷閥。pH計(jì)和儀表通斷閥連鎖,當(dāng)測(cè)定冷凝水呈酸性時(shí),通斷閥自動(dòng)關(guān)閉,停止送水至車間外。酸性的冷凝水可自流入地坑再經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后返系統(tǒng),或送至硫酸銅重溶槽重溶硫酸銅。真空蒸發(fā)產(chǎn)生的酸性廢水，由熱水回收泵送至硫酸銅重溶槽參與重溶硫酸銅，通過硫酸銅重溶液輸送泵返回電解車間，經(jīng)過過濾返回電解系統(tǒng)，從而電解凈液系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)廢水外排。

5 結(jié)語(yǔ)

張家港100 kt陰極銅工程的凈液工藝流程在以往基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)：采用了一次脫銅和真空蒸發(fā)并行的流程，并且在一次脫銅和二次脫銅之間設(shè)置了中段脫銅以適應(yīng)項(xiàng)目需求；一次脫銅電解工序的設(shè)計(jì)中采用了雙向平行流工藝，并配套大流量溶液循環(huán)體系及溶液排氣；冷凝水得到了充分利用，同時(shí)酸性廢水返回電解系統(tǒng)不外排。此凈液車間相比以往做了一些創(chuàng)新，但同時(shí)設(shè)計(jì)中還存在一些不成熟之處，在今后還可以進(jìn)一步優(yōu)化。

[1]朱祖澤,賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2003.

[2]潘云從,施維一,等.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)銅鎳卷[M].北京：冶金出版社,1996.

[3]鄭金旺.銅電解精煉過程中砷、銻、鉍的危害及脫除方式的進(jìn)展[J].銅業(yè)工程,2002,(2)：17-20.

[4]肖炳瑞.銅電解精煉過程雜質(zhì)的溶出及脫除[J].銅業(yè)工程,2000, (3)：18-20.

Improvement of Electrolyte Purification Process Flow and Its Design Features

CHEN Chi
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

The paper introduces the improvement of electrolyte purification process flow for Zhangjiagang 100kt cathode copper project based on the previous researches.The project adopts parallel process between primary copper removal and vacuum evaporation, and sets up middle-section copper removal to meet the needs of the project;bidirectional parallel flow process is adopted in design of primary copper removal and electrolysis flow;condensed water and acid waste water have been fully utilized.

electrolyte purification;parallel process;primary copper removal;middle-section copper removal;waste water recycling

TF803.25

B

1004-4345(2015)06-0032-03

2015-06-08

陳遲（1984—），男，工程師，主要從事有色金屬冶金設(shè)計(jì)和研究工作。