銅電解凈化生產中旋流電解技術的運用研究

（深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠，廣東 韶關 512300）

一般我們通過火法冶煉，從銅礦石中提取粗銅。此時，粗銅中含有大量的雜質，其中主要有As、Sb、Bi、Fe、Pb、Zn、Ni、Cl等，其中As、Sb、Bi對陰極銅的質量有著較大的影響。為保證陰極銅的質量，因此就需要對電解液中的雜質進行凈化處理，以滿足陰極銅的質量要求[1]。

銅電解液的凈化，一般會采用傳統的誘導脫銅方法來脫除銅和砷銻鉍等雜質。在20世紀80年代我國引入這一技術之后，誘導脫銅技術被廣泛的應用于各大企業銅生產過程中。

誘導脫銅技術，對于脫除銅電解液中的砷、銻、鉍有著較為成熟的方法，能夠有效脫除銅電解液中的砷、銻、鉍，脫除率能夠達到85%以上，但需要注意的是，這一技術在應用過程中同樣存在較為明顯的缺陷。

首先是這一技術需要采用不溶性的陽極，因此槽電壓較高，能耗相對較大。同時在采用這一技術時，現場產生的酸霧比較大，作業環境很差。然后是脫除砷、銻、鉍之后，形成的黑銅渣和黑銅板的數量比較大，因此再次返回熔煉時，就很容易造成砷、銻、鉍等雜質重新進入電解液中，不斷累積，因此只能堆積存儲。但這樣就很容易造成銅原料中間產品的不斷擠壓，造成銅直收率的下降，對環境造成破壞的同時，增加整體的運行成本。傳統誘導脫銅技術的應用中，這一技術不能很好的選擇相應的金屬析出，造成中間產品中銅的含量過高，特別是脫銅后得到的黑銅渣中含銅達到50%～70%。

針對傳統誘導脫銅技術中存在的問題，當前在濕法冶金行業中，采用旋流電解技術來對銅電解液進行凈化處理，以實現電解之后獲得更高品質的標準陰極銅產品。與傳統的誘導脫銅工藝相比，旋流電解技術有著工藝簡單、處理的流程較短等優勢，同時產品的加工費用也相對較低，通過這一技術能夠直接產出陰極銅產品[2]。

同時，由于旋流電解技術在應用過程中的密閉性，因此可以有效避免現場酸霧以及砷化氫都等有害氣體的散發，實現無害化處理，大大改善了生產環境，符合當前所提倡的綠色生產要求。

1 銅電解液凈化的目的

銅電解液中含有砷、銻、鉍等雜質，就會大大傷害最終成品陰極銅的質量。比如陰極銅中如果含有0.0013%的砷，則陰極銅導電率就會降低1%，因此在銅電解液凈化過程中一定要盡可能的去除相應的雜質元素。

而在精煉處理的陽極板中，有著很多種可溶以及不可溶的雜質，在電解過程中，隨著硫酸含量的下降，電解液銅離子濃度升高，但同樣的，砷、銻、鉍等雜質離子的濃度也在升高，如果不加以調控，則對生產所得的陰極銅質量會產生很大的影響。

當前在銅生產過程中越來越需要大量的銅精礦，隨著原料采購結構的日趨復雜，陽極板中含有的雜質越來越多。在銅電解過程中，其中Au、Ag以及鉑族金屬會沉淀在陽極泥中，而Zn、Fe、Ni等比銅電性負的雜質離子會進入電解液中，還有一些O、S、Se等元素的化合物因為不溶解，也會直接進入到陽極泥中。雜質離子存在對陰極銅析出的質量有著很大的危害，尤其是As、Sb、Bi三種元素，因為與銅電位接近，在電解過程中很難脫除，是銅電解過程中最有害的雜質。因此，為保證陰極銅的質量，就必須要對電解液進行凈化處理，提取或脫除其中多余的銅，然后將電解液中的砷、銻、鉍等有害雜質脫除，維持電解液組成和體積之間的平衡，可以進一步確保電解生產的正常進行，并能夠有效保證陰極銅產品的質量。

2 旋流電解技術原理

旋流電解技術本質上是通過溶液旋流的方式，對有價金屬進行選擇性電解的一種新技術，對于成分比較復雜的溶液，能夠實現有效的選擇性電解分離和提純，與傳統的誘導脫銅技術相比有著很大的優勢[3]。

在電解液凈化系統中，利用這一技術可以將有價金屬銅更好的提純為標準的陰極銅，從而提高銅的回收價值。電解槽裝置中的專利主要集中在：端部、陽極和陰極以及密封的槽體等。

電解槽裝置可以有效收集生產中所產生的大量氣體，維持介質之間的相互接觸，電解槽的這種運行模式，使得無論是低濃度還是高濃度溶液中，都能夠實現較高的金屬回收率。與傳統分離技術相比，旋流電解技術可以有效縮短工藝流程，對試劑的消耗也比較少，同時產出銅的質量也比較高。旋流電解技術一開始在美國專利中出現時，由于未能解決陽極壽命以及電解槽結構中等問題，因此一直沒能在工業生產中被廣泛的運用。但當前，旋流電解技術中所存在的問題及已經基本被解決，在金屬提純與分離方面有著較為廣泛的運用。

旋流電解技術主要是根據不同金屬離子理論上析出電位差存在差異的一種電解工藝，也就是被提取金屬離子，與溶液中其他金屬離子存在較大電位差時，就可以利用這一技術將其中電位差較低的金屬首先析出[4]。其中最關鍵的部分是，要通過溶液的高速流動，來避免濃差極化對電解過程的影響，可以通過較為簡單的技術條件，就能夠生產獲得質量較高的金屬產品。旋流電解裝置如圖1所示。在輸液泵的作用下，溶液從電解槽的底部進入到電解槽中。在電解槽中溶液高速流動下，逐漸在陰極上析出溶液中的金屬沉積物，在陽極上則析出氣體。氣體通過頂部的排氣裝置排出，等待后序處理。

圖1 旋流電解裝置結構示意圖

3 旋流電解技術在銅電解凈化生產中的運用

3.1 陰極銅的生產

旋流電解槽的工作方式，主要是以若干個槽體作為一個模塊，單個的旋流電解槽與傳統電解槽中的陰陽極相當。經過精密過濾之后，輸入泵將銅電解液輸入旋流電解槽中，通過高速的流動，在陰極部位析出金屬沉積物，陽極部分析出氣體。對于陰極上的產物，要定期從其頂部取出，然后在重新放入到始極片后再次進行電解。陽極析出氣體等待后序處理。

在銅電解后液進行生產以及運用的過程中，旋流電解技術會依據銅電解液中的銅離子濃度的差異性，對循環量進行有效控制的方式，讓溶液可以沿著切線的方向，以很快的速度進入到密閉的電解槽中，可以有效減輕電解這一過程中出現的濃差極化問題，電極電勢的分布狀況良好，可以有效減少副反應的發生，進而產生出化學成分與GB/T467—1997（Cu—CAHT—2）標準相符的管體陰極銅。

3.2 砷、銻、鉍等雜質的脫除

對于黑銅粉的采集，要使用反沖洗裝置來對黑銅粉進行沖刷。黑銅粉進入反沖洗液總管中后，含銅粉的沖洗液然后通過總管進入到沉降槽之中，之后再進行過濾分離。整個電解和反沖洗的過程中，都是通過PCL來進行自動化控制。選擇對銅離子濃度在20g/L以上的溶液進行脫銅實驗。脫銅過程中，根據銅離子濃度設定相應的電流密度以及循環流量。

經過三段脫銅后，溶液中銅離子濃度在3g/L以上。然后進行第四段處理，當銅離子濃度達到3g/L以下時，在500A/m2的電流密度以及250L/h的循環流量中，終點溶液中銅離子濃度可以達到0.009g/L，對于砷、銻、鉍的脫除率分別達到90.6%、98.9%、99.9%。

4 結語

通過研究可以發現，在銅電解凈化生產工藝中充分運用旋流電解技術，大大簡化了當前電解流程，有效降低了運營的成本，進一步提高銅的直收率，且利用旋流電解技術所生產出的陰極銅質量符合國家標準。

通過實際生產運用之后，旋流電解技術的運用能夠有效保證陰極銅的生產質量，在保證正常生產的同時，還能有效降低中間產品中的銅的含量，顯著提升了經濟效益，與傳統銅電解凈化工藝相比有著很大的優勢。

且由于旋流電解技術的運用過程中，屬于密閉作業，因此可以完全消除現場作業中酸霧及有害氣體的危害，保證現場作業環境的良好。

同時該技術可以充分利用自身的焦耳熱就可以保證電解過程的順利進行，且沒有蒸汽消耗。

通過對旋流電解技術的運用，可以大大提高對銅資源的利用效率，有效降低銅生產的成本，同時也為銅電解凈化生產中雜質脫除工藝開辟了新的思路，在銅電解凈化生產中有著很大的運用價值。