□文/張海峰天津大通銅業有限公司
雜銅陽極爐冶煉煙塵濕法處理工藝設計
Recycled Copper Anode Refi ning Furnace Dust Wet Processing Process Design
□文/張海峰
天津大通銅業有限公司
本文介紹了收塵灰采用萃取—電積工藝生產陰極銅的工藝流程、主要經濟指標等,該工程是一個節約自然資源和能源、保護環境的項目,它可以有效地回收利用陽極爐煙塵中的金屬銅、鋅,減少貴金屬流失從而增加企業經濟效益。
天津某公司為一家廢雜銅冶煉加工企業,陽極爐通過環保收塵設施每年可回收收塵灰(含Cu15%)約200噸,該物料外銷造成了公司有價金屬的流失,為了回收該部分銅增加企業效益,公司組織專人做了收塵灰的浸出試驗,浸出液成分列于表1。萃取-電積工藝生產陰極銅,具有工藝流程短、投資少、生產費用低、環境保護好、產品質量高等優點,利用此技術可充分回收低品位廢礦和廢物料中的銅,提高銅資源的利用率。根據浸出液成分決定采用濕法工藝處理該物料。
根據浸出液的組分和特性,該物料決定采用如下工藝流程進行處理,見圖1。
工藝過程屬濕法冶金范疇,整個生產過程閉路循環。通過萃取過程,將含銅有機相連續送到反萃工序,同時將萃余液送回浸出重新利用,通過反萃過程,將合格的硫酸銅溶液送到電積工序。通過電積過程將富銅液中的銅提取出來。
1. 萃取工藝
(1)萃取原理
萃取是通過高效銅萃取劑與浸出液的動態接觸,使銅從溶液中分離和富集,獲得適宜電積要求的硫酸銅溶液的過程。
方程式中,RH代表高效萃取劑;R2Cu代表高效萃取劑與銅形成的絡合物。
當浸出液與有機相混合時,反應向右進行,銅被有機相萃取,形成負載有機相,釋放出酸進入浸出液,一般每萃取1Kg銅約產生1.54Kg硫酸。當電積產生的廢電解液與含銅的負載有機相混合時,反應向左進行,電解液的酸被消耗,銅進入富銅液。
(2)萃取劑的選擇
銅萃取劑的選擇是萃取工藝的關鍵之一,目前國內工業生產廣泛應用的萃取劑大多是進口產品,主要有Lix984、Lix984N、 Lix622、M5640等產品,Lix984、Lix984N適合低銅濃度浸出液,Lix622、M5640適合高銅濃度浸出液。根據浸出液含銅6.74g/l的特點,該工藝選用M5640做銅萃取劑,滿足在萃取過程中相分離時間快,銅、鐵分離系數大,凈銅交換量大等要求。選擇260#煤油作為稀釋劑。
表1 浸出液成分表
(3)萃取流程的設計
改工藝設計采用M5640- 煤油溶劑從稀CuSO4溶液中萃取銅,料液流量為5m3/h,有機相流量為5m3/h,料液含銅6.74g/l,pH=7,有機相采用15% M5640,萃取相比為1,反萃相比為1,根據萃取相成分及有機相濃度等特點,確定萃取流程為一級萃取一級反萃,要求該體系混合平衡時間為3min,澄清速率為5m3/m2.h。經過萃取反萃過后獲得含銅50g/l以上的硫酸銅溶液,自流到電解液循環槽,經超聲波氣震及氣浮塔除油后,使硫酸銅溶液中有機物含量小于10mg/l,然后泵送至電積工序。
2. 電積工藝
(1)電積原理
為了節省投資,該設計準備利用凈液一段的硅整流系統。電積原理如下:
與銅電解相比,銅電積的陽極是惰性的,不發生銅的溶解,而是發生放出氧氣的反應。故電積反應的總的槽電壓較高,經驗得知總的槽電壓在2.0v左右,銅電積的電能消耗約2 100KW.h/t陰極銅。
(2)電積流程設計
由萃取送來的CuSO4溶液經板式換熱器加熱至400℃~450℃,進入電解槽進行電積。陰極為薄銅片,陽極為Pb-Ag壓延合金,電解液為下進上出的循環方式,在直流電的作用下,控制電流密度約200A/m2,槽電壓2.0v,同極距105mm,槽溫500C,陰極析出銅周期約7天,電積銅經洗滌,計量、包裝后入庫。
根據工藝流程,該項目的主要設備及其尺寸列于表2。
該工藝設計銅的總回收率為91.2%,其中萃取時銅萃取率為90%,電解槽進液銅濃度為45~50g/l,出液銅濃度為35g/l,電流密度為200A/m2,電流效率90%,所產陰極銅純度為99.99%以上。每噸銅消耗萃取劑M5640約5Kg。
該工藝設計的主要產品見表3。參考文獻略
圖1 煙灰濕法處理工藝流程圖
表2 工藝項目所需的主要設備及其尺寸
表3 工藝設計的主要產品