銅電解液過濾系統的技術改造與運用

林 欣

（黑龍江紫金銅業有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

1 引言

在銅電解過程中，隨著陽極板逐漸溶解，含硒、碲、金、銀等稀貴金屬的陽極泥會沉降到電解槽底部，有害雜質（如砷、銻、鉍等）成為離子進入電解液，大部分水解成為固態氧化物，一部分形成極細小的絮狀物質（粒度一般小于10 μm）并吸附其他化合物或膠體物質生成“漂浮陽極泥”。漂浮陽極泥極不易沉降且極易機械性粘附于陰極銅表面，降低陰極銅的質量，使電解液的電 阻增大，進而導致電耗增加，同時還會導致循環管泵等產生結垢；所以，必須通過過濾系統有效降低或去除電解液中的此類雜質［1-6］。

某銅業公司電解廠采用永久性不銹鋼陰極法電解工藝，年產30 萬 t 標準陰極銅，分東、西兩個獨立循環系統，滿負荷生產時單個系統體積超過4300m3，每個系統各使用2 臺板框壓濾機壓濾陽極泥，各配備1 臺國產凈化過濾機，每天抽取電解液量的30%經凈化過濾機過濾后再返回各循環系統，從而保證電解液的潔凈度。電解過濾系統主要是由板框壓濾機及凈化過濾機等組成，隨著產能及生產年限的增加，在過濾設備不增加的前提下，如何優化提升系統過濾能力，保證電解液純凈，進而確保陰極銅質量穩定，已成為銅冶煉企業面臨的生產難題之一。

2 電解液過濾系統存在的主要問題

2.1 壓濾機存在的主要問題

所述企業采用廂式板框過濾機，其作業參數如表1 所示。

表1 壓濾機作業參數

廂式板框過濾機在使用過程中存在下列問題：

（1）壓濾后的陽極泥含水率在35%以上、含銅率在22%以上，均較高。

（2）壓濾作業時間長。陽極泥板框壓濾機出液方式為液壓箱式暗流，需要2 名工人進行拉板卸料作業，作業效率低下。

（3）目前運行的4 臺廂式板框壓濾機濾板已使用多年，濾板輪子變形嚴重，裝上新濾布后，底孔無法對上；油缸變形嚴重，致使濾板中間出現拱起，末端無法壓干，后期處理量急劇下降，只能通過長時間向濾餅中吹氣來提高含固率，但是每次過濾結束時會產生較大差壓，現場酸霧大，作業風險性高。

（4）在陽極泥處理轉運工序中，壓濾作業主要是為了保證陽極泥的充分洗滌壓干，但是現有壓濾機的壓濾能力不足，濾板壓力無法滿足過濾要求。

（5）壓濾機濾餅在吹氣干燥過程中，大量空氣混入回液管中，導致管道振動大?；匾汗転镕RPP材質，強烈振動易造成管道嚴重變形或爆裂，存在極大的安全隱患。

（6）當壓濾機濾布破損、板框底孔與濾布未壓實出現漏氣時，會出現陽極泥穿濾，濾液將陽極泥帶入上清液槽內，污染電解液循環系統，致使電解槽內出現“跑黑”現象，電解液變渾濁，進而影響陰極銅質量。

2.2 凈化過濾機存在的主要問題

所述企業使用的凈化過濾機采用24 塊板框，總過濾面積480 m2，最大流量300 m3/h，作業參數如表2 所示。

表2 凈化過濾機作業參數

目前凈化過濾機在使用過程中存在如下問題：

（1）隨著電解系統產能的提升（由20 萬 t 擴產至30 萬 t），電解液中懸浮物、漂浮陽極泥明顯增多，現有凈化過濾系統已無法滿足電解液凈化過濾要求。

（2）凈化過濾機反洗后液及濾渣一起進入陽極泥儲槽，通過離心泵打入壓濾機，會導致固液分離不徹底。每次反洗后，壓濾機作業頻次高，員工勞動強度大，雜質過濾也不充分。

3 技術改造的主要項目

3.1 壓濾機本體升級改造

3.1.1 優化濾布選型

濾布是壓濾機的重要組成部分。濾布的材質、透氣性能、孔徑都會影響過濾效果?，F有壓濾機濾布孔徑為300 目，由于壓濾機改造后需要進行更精密的二次過濾，所以更換成孔徑為500 目的濾布，提升二次過濾質量，以減少陽極泥穿濾，提升電解液過濾質量，進而提高陰極銅品質。

3.1.2 增設濾布清洗、反向吹氣裝置

增加濾布高壓清洗設備，利用高壓水沖洗撫平濾布，同時在進料口增設冷凝水洗滌閥門。壓干卸板前，先開冷凝水對濾餅進行充分洗滌3 min，然后再用壓縮空氣吹氣5 min，以降低濾餅含銅及含水率，提升過濾效果，延長濾布使用壽命。主吹氣完成后，在濾板開板前反方向吹風2～5 s（二次吹氣），并進行二次擠壓，有利于濾布上的濾餅掉落，提升卸料效率［7-9］。同時在壓縮空氣和物料進料口處各增加1 個材質為316L 的不銹鋼止回閥，出口處再增設汽水分離裝置，可減小管道振動，防止壓縮空氣和物料互通，避免焊縫開裂導致泄漏。

3.1.3 隔膜濾板選型

隔膜過濾運用低壓過濾、高壓壓榨的原理，可以有效降低壓差的產生。選用隔膜濾板取代板框濾板，使得介質在壓榨過程中，隔膜鼓出過濾腔室，在整個過濾面上均勻地擠壓濾餅，過濾結束后還能再次擠壓濾餅，濾腔內的濾餅一直都處于受壓狀態，濾餅厚度可隨著隔膜移動而改變。選擇適宜的處理量和過濾時間，最終可獲得最佳的進料量。洗滌完成后對濾餅實行后壓榨，可極大降低濾餅的含水率。

3.1.4 增設自動拉板裝置

增設齒輪帶動的自動拉板系統和自動伸縮接液盤系統。以變頻電機帶動鏈條驅動拉板器運動，將濾板逐一拉開，整個過程由PLC 控制，提升設備自動化、智能化水平，降低員工勞動強度。

3.2 壓濾機過濾回液方式優化改造

改造過濾回液管道，將并聯回液的2 臺壓濾機改成串聯（回液管道改造后流程如圖1）。通過1#壓濾機的一次過濾回到1#陽極泥儲槽，再抽到2#壓濾機進行第二次過濾，濾后液暗流至上清液槽，上清液槽再通過凈化過濾機進行1 次深度過濾，明流至2#陽極泥儲槽（如圖1 所示）。陽極泥實現2次過濾和1 次深度過濾后［10］，可使電解液處于潔凈狀態，保證陰極銅質量。

圖1 濾液管道回液管改造后的流程示意圖

將回液管管徑擴大到φ100 mm，材質改為316L 不銹鋼，在管道與支撐柱間采用抱箍固定，抱箍與管道接觸部位墊耐酸膠皮，并焊接加固所有管道支撐，穩固進出液管道，減緩管道過液振動的影響，消除管道振動帶來的安全隱患。

3.3 凈化過濾機改造

對凈化過濾機內部板框支架、噴嘴管道等進行加長調整改造。將板框擴展至30 塊，總過濾面積擴充至600 m2（增加25%），流量增調至350 m3/h。

對強制循環泵進行變頻改造，利用調整變頻器的輸出頻率來調整管網的流量和壓力，不僅增大了過濾量和過濾面積，提升了過濾作業效率，還能使整個電解液循環系統的運行更加平穩。

對凈化過濾機反洗后液管道進行改造，將其接到離廠房C 軸線最近的2 個地坑。每次反洗時通過地坑泵反洗后液直接抽到濃密機中（如圖2 所示）。反洗后的濾渣，首先通過濃密機的沉降實現1 次懸浮物固液沉降分離，再通過軟管泵打到壓濾機，實現2 次過濾和1 次深度過濾后，保證電解液潔凈，改善了陰極銅質量。

圖2 凈化過濾機反洗回液管改造后的流程示意圖

4 優化改造效果

自2020 年下半年過濾系統改造完成后，運行一年多來，各項工藝指標參數提升明顯。陽極泥含銅率由2018 年的22.3%下降至2021 年的15.8%，陽極泥含水率由2018 年的35.2%下降至2021 年的21.5%（如圖3 所示）。陽極泥壓濾時間大幅度縮短，1 個人僅用4 h 即可完成之前1 d 的壓濾量，作業效率大幅度提升。過濾能力的有效提升，減少了電解液中漂浮陽極泥量，電解液變得更加潔凈，進而使陰極銅優質品率提升至99.95%，達到國內外同行業先進水平。

圖3 2018—2021 年某銅業公司電解廠陽極泥含銅率和含水率

5 結語

某銅業公司電解廠通過對凈化系統的自動化、智能化升級改造，全面優化工藝控制條件，實現了電解液在循環系統中的1 次沉降、2 次壓濾、1 次深度過濾的全流程凈化，保證了電解液的潔凈度，提升了作業效率，提高了陰極銅優質品率，確保了陰極銅產量任務的順利完成，提升了公司的綠色化智能化生產水平。