高電流密度電積技術在銅冶煉廠的現場應用

張 鵬，賴桂華，衷水平,2,3，張興勛，康錦程，伍贈玲,2，王 韜

(1.紫金礦業集團股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室，福建 上杭 364200；3.江西理工大學，江西 贛州 341000)

高電流密度電積技術在銅冶煉廠的現場應用

張 鵬1，2，賴桂華1，衷水平1,2,3，張興勛1，康錦程1，伍贈玲1,2，王 韜1

(1.紫金礦業集團股份有限公司，福建 上杭 364200；2.低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室，福建 上杭 364200；3.江西理工大學，江西 贛州 341000)

在275 A/m2高電流密度下電積銅，電積系統運行穩定，產出的銅產品外觀形貌與質量都達到指標要求；溶液中鐵離子質量濃度為6 g/L時，電積槽電流效率為88%。高電流密度電積技術對濕法煉銅廠擴大產能提供了行之有效的技術保證。

高電流密度；銅；電積；現場應用

我國銅礦資源品位低，采用傳統選冶工藝開發能耗大、成本高、環保壓力大[1]。國際上興起的生物堆浸技術給該類資源的開發提供了高效、清潔的利用途徑。早期某礦山建立的硫化銅礦生物堆浸—萃取—電積銅廠，一直以來運行穩定，經濟社會效益較好，但隨著礦山開發規模擴大，煉銅廠的產能也不斷擴大，目前銅電積系統基本上滿負荷生產，要擴大產能，一方面需要增加電積槽，但這需要加大投資；另一方面，可適當提高電流密度，但可能會出現陰極銅板面不平整等問題[2-3]。

目前，國外銅電積廠的電流密度都控制的較高，而國內銅電積系統的電流密度大都控制在220 A/m2左右，最大不超過250 A/m2，有適當提高的空間。通過小型試驗、中型試驗，提高電流密度獲得了外觀形貌與質量都合格的陰極銅成品，在此基礎上，將高電流密度電積技術應用到濕法煉銅廠的電積車間，以期提高電積銅產能。

1 工藝流程

銅冶煉過程中，通常采用電積法從含銅溶液中提取銅，電極為不溶(惰性)陽極。電積過程中，所有沉積在陰極上的銅都來源于銅溶液，隨電積過程的進行，溶液中銅濃度不斷下降，繼而產生濃差極化。電積過程中提高電流密度的技術瓶頸在于會加劇濃差極化，即電流密度高時銅離子在陰極上析出加快，溶液中的銅離子來不及遷移到陰極板，造成陰極板附近銅離子濃度偏低[4-5]。這種現象導致陰極板附近的雜質電極電位升高并在陰極析出，使得陰極銅質量下降，槽電壓增高，增大電耗的同時降低電流效率；同時電流密度過大還會導致陰極銅結晶顆粒變粗。

試驗工藝流程如圖1所示[6]。現場考察古爾膠用量、硫脲用量和電積液流速對陰極銅形貌的影響，通過電積過程中出現的濃差極化及電積銅形貌特點、電流效率、電壓與電耗等分析高電流密度技術的實際應用情況。

圖1 現場試驗工藝流程

2 高電流密度電積工藝的應用

2.1 初始條件

控制電流為25 000 A(約275 A/m2)，主要在3個系列中進行試驗，每個系列有9個電積槽，每槽47塊陽極板、46塊陰極板。電積條件：電流25 000 A，溶液循環過程中在高位槽添加古爾膠120 g/tCu、硫脲60 g/tCu，溶液溫度保持在44～45 ℃，進液銅質量濃度維持在50 g/L以上，電積液流量控制在7.8～7.9 m3/h之間，鐵離子質量濃度維持在6 g/L[6-10]。

2.2 濃差極化與溶液酸度

采用高電流密度前后，電積液中銅、酸濃度分析結果見表1。

表1 電積過程中銅、酸質量濃度的變化

從表1看出：電積后，電積液中銅離子質量濃度平均降低3.3 g/L，酸質量濃度平均升高3.8 g/L。電積過程中，通過調整添加劑與增大溶液流速方法在一定程度上可削弱濃差極化現象出現。

2.3 陰極銅形貌

電積結束后出槽剝板，陰極板形貌絕大部分較好，并且幾乎所有槽內陰極板頂部都比較光滑；整槽只有少數幾塊陰極板底部略微粗糙、有豎條紋；少部分陰極板底部出現瘤：所以，在25 000 A(275 A/m2)電流密度下，電積系統運行穩定，生產的成品銅外觀形貌達到生產要求。出槽后對每批陰極板取樣分析，其質量也都符合要求。

2.4 電流效率

電積周期結束后進行剝板，對3個系列(各系列都有9個單槽)陰極板稱重，根據理論產銅量計算電流效率，以及根據各系列中各槽單獨計算電流效率，結果分別見表2、3。

表2 各系列電積電流效率

表3 各系列單槽電流效率 %

從表2、3看出：各系列電流效率在87%～88%之間；各槽電流效率在85%～90%之間。可見，采用高電流密度電積技術，可實現電積槽88%的電流效率，這為擴大產能提供了技術依據。

2.5 槽電壓與電耗

現場硅整流輸出電壓見表4。3#硅整流總輸出電壓平均為55.46 V，平均槽壓為2.08 V，其中3個系列槽電壓平均累計54.76 V，線路損失0.7 V；各系列單槽理論產銅3.884 t，實際3個系列累積產銅91.58 t，實際電耗為186 250 kWh，整個電積過程電耗為2 033.7 kWh/tCu。

表4 各系列槽電壓 V

2.6 實際應用

在前期研究基礎上，將高電流密度電積技術應用到濕法煉銅廠電積車間，同時對生產設備進行改造。在不增加成本情況下，產能得以擴大，通過調整工藝參數獲得了形貌較好、質量合格的陰極銅。技術指標見表5。

表5 電積過程技術指標

3 結論

在275 A/m2高電流密度條件下，通過調整溶液循環過程中古爾膠與硫脲用量，增大一定量溶液循環流速，可使電積前后溶液中銅離子質量濃度相差3.3 g/L，一定程度上削弱了濃差極化對電積銅生產的影響。

采用高電流密度電積技術，電積槽電流效率可達88%，能很好地滿足電積要求，而且電積系統運行穩定，產出的成品銅外觀形貌與質量都能達到指標要求。高電流密度電積技術為濕法煉銅廠擴大產能提供了行之有效的技術保證。

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Application of High Current Density Copper Electrowinning Process

ZHANG Peng1,2,LAI Guihua1,ZHONG Shuiping1,2,3,ZHANG Xingxun1,KANG Jincheng1,WU Zengling1,2,WANG Tao1

(1.ZijinMiningGroupCo.,Ltd.，Shanghang364200，China;2.StateKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofLow-GradeRefractoryGoldOres，Shanghang364200，China;3.JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China)

Copper electrowinning by high current density(at 275 A/m2)technology，the electrowinning system can operate stablely，the product appearance quality and chemical composition meet the requirements.When the concentration of iron ion in solution is 6 g/L，the current efficiency can reach 88%.The high current density electrowinning process provides a feasible method for copper hydrometallurgy smelter to expand production capacity.

high current density;copper；electrowinning;application

2016-08-17

國家自然科學基金資助項目(51364016)。

張鵬(1989-)，男，江西南昌人，碩士，工程師,主要研究方向為銅礦濕法冶煉、冶金過程模擬。 E-mail：zjkyy_zp89@yahoo.com。

TF803.27;TF811

A

1009-2617(2017)02-0148-03

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.02.014