許 衛(wèi), 呂重安, 劉 毅, 樂安勝, 劉宇峰

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 黃石 435005)

銅陽極泥的成份取決于銅陽極的成份、鑄造質(zhì)量和電解技術(shù)條件的控制，其產(chǎn)率一般為0.2%～0.8%[1]。銅陽極泥中通常含有Au、Ag、Pb、Se、Te、As、Sb、Bi、Fe、S、Sn、Ni、Cu、Si02、Al2O3、鉑族元素及水份[2]。

如圖1永久陰極電解與傳統(tǒng)電解陽極泥含銅對比圖所示，在使用同樣的陽極板的情況下，大冶有色30萬t永久陰極銅電解系統(tǒng)所產(chǎn)陽極泥含銅明顯高于同廠傳統(tǒng)陰極銅電解系統(tǒng)所產(chǎn)陽極泥含銅。過高的陽極泥含銅不但降低后續(xù)陽極泥處理系統(tǒng)處理能力，而且降低電解系統(tǒng)有價元素的直收率。

圖1 永久陰極電解與傳統(tǒng)電解陽極泥含銅對比圖

陽極泥預(yù)處理脫銅目前有水洗法[3-5]與酸浸法[6-9]。酸浸法中的常壓浸出工藝作業(yè)時間長、除銅不徹底，渣中銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍高達(dá)2%～5%。加壓氧化預(yù)處理工藝近年來研究和應(yīng)用的較多，可以短時間內(nèi)把陽極泥中的銅減少到1%以下。酸浸法的特點(diǎn)是脫銅率高，但陽極泥中部分硒，碲及少量銀亦被浸出，需要單獨(dú)建一套處理系統(tǒng)。水洗法是通過水洗除去銅陽極泥中含有的硫酸銅從而降低陽極泥含銅，水洗法的特點(diǎn)是脫銅率低，但陽極泥中其他金屬幾乎不浸出，且處理裝置簡單。

通過對比分析，決定在電解系統(tǒng)采用水洗法，在不影響現(xiàn)有電解工藝、生產(chǎn)流程的情況下，對現(xiàn)有裝備進(jìn)行部分改造，即可達(dá)到降低陽極泥含銅的目的。

1 銅電解中的陽極泥

1.1 陽極表面

陽極銅溶解時,所含雜質(zhì)經(jīng)過復(fù)雜的反應(yīng),形成一層黑色的陽極泥附著在陽極銅表面上[10-11]。含有雜質(zhì)的銅陽極開始溶解時，在電解液中陽極表面銅離子的濃度開始增加。陽極表面銅離子的濃度達(dá)到飽和后，會以硫酸銅形式逐漸在陽極泥的孔隙中生成。 CuSO4·5H2O 的生成導(dǎo)致電解液中銅濃度減少，將最終導(dǎo)致硫酸銅的重溶。由于陽極表面電流分布不均勻，如果某個局部電流過大，會導(dǎo)致該局部硫酸銅生成大于重溶，硫酸銅生成增加，局部有“鈍化”趨勢，從而使該局部電流變小，硫酸銅生成小于重溶。如是循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)整個陽極板面的生成與重溶平衡[12-14]。

隨著電解的進(jìn)行，陽極表面的陽極泥層逐步增厚。當(dāng)陽極泥層超過一定厚度，陽極泥與硫酸銅包裹在一起落入電解槽槽底[15]。

1.2 電解槽底

永久陰極電解與傳統(tǒng)電解循環(huán)方式見圖2，給液小孔對著陰極出液，以減少對沉降在槽底陽極泥的沖擊與攪拌。

圖2 永久陰極電解與傳統(tǒng)電解進(jìn)液方式

由于重力的作用，在電解槽內(nèi)銅離子在垂直方向上下部濃度大于上部。[16]

電解槽槽底既無電解液循環(huán)攪拌，銅離子自然擴(kuò)散又為重力作用所抑制，因此陽極泥中的硫酸銅基本得以保留，直至出裝作業(yè)時進(jìn)入過濾系統(tǒng)。

1.3 過濾系統(tǒng)

永久陰極電解與傳統(tǒng)電解陽極泥過濾系統(tǒng)有所不同。

傳統(tǒng)電解陽極泥過濾系統(tǒng)如圖3所示，其陽極泥地坑體積較大(9 m×3.2 m×2.4 m)，兼具一定儲液功能，加之系統(tǒng)各儲罐體積調(diào)節(jié)彈性較大，電解出裝作業(yè)時不要求陽極泥過濾同步完成。陽極泥進(jìn)入地坑后，與電解液，陰極機(jī)組洗水，殘極機(jī)組洗水等混合在一起，經(jīng)蒸汽與壓縮空氣攪拌后泵入廂式過濾機(jī)。

圖3 傳統(tǒng)電解陽極泥過濾系統(tǒng)

永久陰極電解陽極泥過濾系統(tǒng)如圖4所示，其陽極泥地坑體積較小 (Φ2.380 m×2. 9 m)[17]，不具備儲液功能，加之系統(tǒng)各儲罐體積調(diào)節(jié)彈性較小，電解出裝作業(yè)時要求陽極泥過濾同步完成。陽極泥進(jìn)入地坑后，迅速轉(zhuǎn)入濃密機(jī)后泵入廂式過濾機(jī)。其中濃密機(jī)未開動濃密功能，僅作為中間儲罐使用。

圖4 永久陰極電解陽極泥過濾系統(tǒng)

在傳統(tǒng)電解陽極泥地坑中，陽極泥與各種液體的液固比大于20，蒸汽與壓縮空氣攪拌的時間大于4 h。而在永久陰極電解陽極泥過濾系統(tǒng)則不具備這種條件，進(jìn)入地坑的僅是除去上清液的底泥與少量洗槽液，且要盡快過濾出來。為減輕地坑壓力，陰極機(jī)組洗水，殘極機(jī)組洗水等錯開出裝槽期間進(jìn)入地坑。

分析認(rèn)為傳統(tǒng)陰極銅電解陽極泥含銅低的原因是在地坑中陽極泥經(jīng)過充分的攪拌反應(yīng)，其內(nèi)所含硫酸銅大部返溶所致，而永久陰極電解陽極泥過濾系統(tǒng)則不具備這種條件。

2 水洗法小試

2.1 試驗(yàn)原料和設(shè)備

30萬t系統(tǒng)所產(chǎn)陽極泥，去離子水，恒溫磁離子攪拌器，恒溫干燥箱，燒杯及其他玻璃儀器，分析天平。

2.2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)，大致過程為：以去離子水為溶劑，溶解陽極泥，控制一定的攪拌速率V，溶液溫度T、攪拌反應(yīng)時間t和液固比，試驗(yàn)結(jié)束后過濾，獲得濾液和渣。化驗(yàn)濾液成份及其含量，稱量渣重。分析溫度、攪拌時間和液固比對浸出率的影響，確定較優(yōu)的范圍。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)及其結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1。由表1可知：

(1)控制液固比7∶1～15∶1，溫度40～75 ℃和時間0.5～1.5 h，水洗后，陽極泥中CuSO4浸出率達(dá)到65%～93%；陽極泥銅含量可降至14%～19%范圍，接近傳統(tǒng)陰極銅電解陽極泥含銅。

(2)試驗(yàn)各因素對CuSO4浸出率影響顯著性為：液固比>溶液溫度>攪拌時間。

(3)5號試驗(yàn)渣率為81.98%，每t陽極泥Au、Ag分別增加1.085 kg、33.139 kg。浸出液元素分析結(jié)果如表2。

表1 水洗陽極泥試驗(yàn)結(jié)果

表2 浸出液元素分析 g/L

3 水洗法工業(yè)試驗(yàn)

3.1 工藝流程

如前面圖4所示，工業(yè)試驗(yàn)在永久陰極電解陽極泥過濾系統(tǒng)有三個選點(diǎn)：

(1)地坑。經(jīng)過試驗(yàn)，在地坑處加溫困難，更關(guān)鍵的是地坑處轉(zhuǎn)液頻繁，根本沒有時間進(jìn)行水洗操作。

(2)濃密機(jī)。如前所述，濃密機(jī)目前僅作為中間儲罐使用，調(diào)度得當(dāng)?shù)故怯兴床僮鲿r間。但其容積較大(Φ6 m×3 m)，升溫不易，且須將原有電耙改為攪拌槳，改動較大。另外濃密機(jī)本體為鋼殼襯橡膠結(jié)構(gòu)，如進(jìn)行升溫?cái)嚢璧炔僮骺钟绊憹饷軝C(jī)整體壽命。

(3)廂式過濾機(jī)。借鑒“電解錳渣洗滌工藝”[18]，在出陽極泥之前向廂式過濾機(jī)內(nèi)通入冷凝水對廂式過濾機(jī)內(nèi)陽極泥進(jìn)行反洗。經(jīng)過反洗，陽極泥中部分硫酸銅重新溶入水中返回到電解系統(tǒng)，從而降低陽極泥含銅量。

最終選擇廂式過濾機(jī)陽極泥進(jìn)行反洗方案，其流程見圖5。

圖5 陽極泥水洗工藝流程

3.2 實(shí)施效果

在30萬t系統(tǒng)實(shí)施陽極泥水洗后，陽極泥含銅見圖6。

圖6 2017年4月陽極泥含銅趨勢圖

其中4月為試驗(yàn)摸索階段，陽極泥含銅已有大幅下降。4月全月陽極泥含銅最低為16.51%，最高為22.22%，平均18.8%。相對于試驗(yàn)前(3月)，30萬t系統(tǒng)陽極泥量減少2%，陽極泥中銅量減少15%，合計(jì)銅金屬量為5.7 t。

4 結(jié)論

相對于傳統(tǒng)電解，永久陰極電解因地坑較小，作業(yè)時間緊湊，地坑中陽極泥無法實(shí)現(xiàn)充分的攪拌反應(yīng)，其內(nèi)所含硫酸銅大部分未溶，致使陽極泥含銅較高。通過水洗試驗(yàn)，陽極泥中CuSO4浸出率達(dá)到65%～93%，陽極泥銅含量可降至14%～19%范圍，接近傳統(tǒng)陰極銅電解陽極泥含銅，所以通過水洗陽極泥降低陽極泥含銅是可行的。在過濾機(jī)進(jìn)行反洗，30萬t系統(tǒng)陽極泥量減少2%，陽極泥中銅量減少15%，陽極泥含銅平均降至18.8%。