一種控制電勢電積脫除銅砷的方法與流程
2023-04-25 04:24:06
本發明屬於多金屬電積脫雜技術領域，具體是銅電解過程中的廢電解液淨化的一種方法。
背景技術：
銅電解過程中，為產出合格陰極銅產品，需除去隨陽極板進入電解液中的雜質as、sb、bi，避免其在電解液中的富集。目前銅廢電解液淨化工業化應用的工藝有間斷電積法、誘導法、並聯循環法。間斷電積法因電積過程難以控制，電積末期易產生砷化氫氣體，存在安全隱患已基本淘汰。由日本引進的誘導法具有連續、高效的優點，基本解決了砷化氫產生的問題，但由於隨著電積槽序號的增加，電積液中銅含量降低，槽電壓逐步升高而使得電積脫銅、砷的能耗較高。而雲南銅業股份有限公司發明的並聯循環法利用電積後液大量返回，將電積前液配製成cu∶as＝(1.7～3.0)∶1，由於其中的電積液銅、砷低，電積槽槽壓高，脫銅、脫砷綜合能耗高，約15000kwh/t砷。目前，連續、低能耗脫除電積液中銅、砷的技術應用未見有明確報導。
技術實現要素：
本發明的目的是解決現有連續電積法脫銅砷電流效率不高、槽電壓高、電能消耗偏高的難題，提供一種可降低槽電壓、操作簡單、控制方便的連續、低能耗的控制電勢電積脫除銅砷的方法。
本發明的目的通過如下技術方案實現：
一種控制電勢電積脫除銅砷的方法，包括以下步驟：
(1)將電積槽以4～8個為一組從高到低呈階梯式布置，每階設置1～2個電積槽，含銅、砷的電積前液從最高處的第一個電積槽流進，從最低處的最後一個電積槽流出；
(2)將陰極和陽極按照同極等間距分別吊裝入階梯式布置的各電積槽中，一組電積槽從高到低，槽內同極間距逐階下降，下一階電積槽中的同極間距比上一階電積槽中的同極間距降低10mm～20mm；
(3)將含銅、砷的電積前液由最高處的第一個電積槽給液，依次補滿電積槽組的前幾個電積槽，最後1～2個電積槽補充上個周期已電積過的電積液，待所有電積槽均充滿電積液後，保持第一個電積槽的給液流量穩定，通直流電電積，最後一個電積槽出液即為除銅、砷後的電積後液；
採用本發明方法，每天停電30～90min，處理陰陽極短路，經過指定的陰極周期後，將前幾個電積槽中的陰極吊出，更換新的陰極；後面1～2個電積槽的陰極清理其中的黑銅泥後，重複裝槽使用。
本發明所述陰極為銅電解過程中產生的殘極或始極片或不鏽鋼陰極板，所述陽極為惰性不溶陽極。所述陽極為網狀或格柵狀陽極。所述的電積液給液流量每組為1.0～5.0m3/h；電積的直流電流強度為5000～20000a，陰極電流密度為70～450a/m2；所述的陰極周期為4～8d。
本發明在所述的電積槽有效裝槽長度a、同極間距b、陰極液下長c、陰極液下寬f、電積液電阻率ω、通直流電強度為i的情況下，電積槽的陰極數目n按式(1)計算，陽極數目為n+1，陰極電流密度dk按式(2)計算，電積液電勢降按式(3)計算，電解槽電壓ece按式(4)計算，電能消耗w按式(5)計算：
n＝a÷b(1)
dk＝i/2ncf＝bi/2acf(2)
et＝dk×ω×b＝(b2iω)/2acf(3)
ece＝et+ea+eca+e接觸＝(b2iω)/2acf+ea+eca+e接觸(4)
w＝1000ece/ηk(5)
上述式(4)和式(5)中，ea為陽極極化電勢、eca為陰極極化電勢、e接觸為接觸電勢、et為電積液電勢降，η為電積電流效率，k為析出金屬綜合電化當量。
採用本發明方法，由於同極間距的縮短、電積槽陰極數增加、陰極電流密度下降，陰、陽極極化電勢、電積液電勢降均下降，電積槽電壓下降，降低了電能消耗。本發明通過調整每組階梯式布置的電積槽的同極間距，降低電流密度，降低濃差極化，穩定控制各電積槽壓相對穩定，實現低能耗電積脫除銅、砷。本發明操作簡單，控制方便，可實現連續、高效、低能耗的從含銅、砷電積液中脫除脫銅、砷。
附圖說明
圖1為本發明的工藝流程示意圖。
具體實施方式
圖1所示為本發明的基本工藝流程。本發明控制電勢電積脫除銅砷的方法包括以下步驟：
(1)將電積槽以4～8個為一組從高到低呈階梯式布置，每階設置1～2個電積槽，電積槽的梯級高差為100mm～200mm，以便於電積液有足夠的高差自流；含銅、砷的電積前液從最高處的第一個電積槽流進，從最低處的最後一個電積槽流出；圖1所示設置有四階電積槽；
(2)將陰極和陽極按照同極等間距分別吊裝入階梯式布置的各電積槽中，一組電積槽從高到低，槽內同極間距逐階下降，下一階電積槽中的同極間距比上一階電積槽中的同極間距降低10mm～20mm，本實施例為10mm；所述陰極為銅電解過程中產生的殘極或始極片或不鏽鋼陰極板，所述陽極為惰性不溶陽極，陽極優選網狀或格柵狀陽極；吊裝陰極和陽極的吊架採用可移動式吊鉤，吊鉤間距可根據需要調整；
(3)將含銅、砷的電積前液由最高處的第一個電積槽(一階槽)給液，依次補滿電積槽組的前幾個電積槽(本實施例為二階槽和三階槽)，最後1～2個電積槽補充上個周期已電積過的電積液(本實施例是最後的四階槽補充上個周期已電積過的電積液)，待所有電積槽均充滿電積液後，保持第一個電積槽的給液流量穩定，通直流電電積，最後一個電積槽出液即為除銅、砷後的電積後液；
(4)每天停電30～90min，處理陰陽極短路，經過指定的陰極周期後，將前幾個電積槽中的陰極吊出，更換新的陰極；後面1～2個電積槽的陰極清理其中的黑銅泥後，重複裝槽使用。
本發明所述的電積液給液流量每組為1.0～5.0m3/h；電積的直流電流強度為5000～20000a，陰極電流密度為70～450a/m2；所述的陰極周期為4～8d。
本發明在所述的電積槽有效裝槽長度為a、同極間距為b，則每個電積槽可裝的陰極數目n按式(1)計算，陽極數目為n+1：
n＝a÷b(1)
陰極被電積液浸泡的液下長為c、寬為f，則電積槽的液下總表面積，即通電的總表面積為2×n×c×f；
結合式(1)，在通直流電強度為i的情況下，每槽的電流密度dk則按式(2)計算：
同樣，在電積液電阻率為ω(隨著同極間距的降低而降低)，電積液電勢降按式(3)計算：
電積槽的槽電壓ece由陰極極化電勢、陽極極化電勢、陰陽極與導電銅排的接觸電勢以及電積液的電勢降四部分構成，故電積槽的槽電壓按式(4)計算，直流電能消耗w按式(5)計算。
上述式(4)和式(5)中，ea為陽極極化電勢、eca為陰極極化電勢、e接觸為接觸電勢、et為電積液電勢降，η為電積電流效率，k為析出金屬綜合電化當量。
本發明的實施可在現有誘導法連續脫銅砷的基礎上技術改造，也可新建。實施例如下。
實施例1：在每組8槽，每2槽一個階梯的電積槽，電積槽有效裝槽長度3.00m，同極間距分別為一階槽130mm、二階槽120mm、三階槽110mm、四階槽100mm，每階槽陰極數分別為一階槽23片、二階槽25片、三階槽27片，四階槽30片。在給液1.2m3/h，通直流電6000a進行電積，陰極板液下尺寸為0.95m×0.95m,其電流密度計算分別為：一階槽144.53a/m2、二階槽132.96a/m2、三階槽123.11a/m2、四階槽110.80a/m2，其槽電壓測量為1.73v、1.72v、1.69v、1.71v，經過6d的周期電積後，分階產出陰極銅、黑銅板、黑銅泥。其電流效率分別為94％、93％、92％、90％，整組脫銅砷綜合電單耗為11350kwh/t砷
實施例2：在每組8槽，每2槽一個階梯的電積槽，電積槽有效裝槽長度3.00m，同極間距分別為一階槽140mm、二階槽120mm、三階槽100mm、四階槽80mm，每階槽陰極數分別為一階槽21片、二階槽25片、三階槽30片，四階槽37片。在給液2.6m3/h，通直流電14000a進行電積，陰極板液下尺寸為0.95m×0.95m,其電流密度計算分別為：一階槽370.00a/m2、二階槽297.84a/m2、三階槽258.54a/m2、四階槽209.63a/m2，其槽電壓測量為2.13v、1.98v、1.95v、2.03v，經過4d的周期電積後，分階產出陰極銅、黑銅板、黑銅泥。其電流效率分別為90％、91％、91％、89％，整組脫銅砷綜合電單耗為13300kwh/t砷
實施例3：在每組8槽，每2槽一個階梯的電積槽，電積槽有效裝槽長度3.00m，同極間距分別為一階槽120mm、二階槽110mm、三階槽100mm、四階槽90mm，每階槽陰極數分別為一階槽25片、二階槽27片、三階槽30片，四階槽33片。在給液3.0m3/h，通直流電16000a進行電積，陰極板液下尺寸為0.95m×0.95m,其電流密度計算分別為：一階槽354.57a/m2、二階槽328.31a/m2、三階槽295.48a/m2、四階槽268.61a/m2，其槽電壓測量為2.03v、1.99v、1.97v、2.05v，經過4d的周期電積後，分階產出陰極銅、黑銅板、黑銅泥。其電流效率分別為90％、91％、91％、89％，整組脫銅砷綜合電單耗為13450kwh/t砷
除特別註明外，文中的單位均為國際標準單位。
本發明可推廣應用於其他多金屬電積脫雜或提取有價金屬的技術領域。