一种平衡铜电积生产系统中铁离子的方法

杨明华

（江西自立环保科技有限公司，江西 抚州 341000）

随着湿法冶金的发展，萃取有色金属方法得到广泛的运用，稀土萃取、贵金属萃取、铜萃取、钴镍萃取等在处理低品位矿时具有很好的优势。现在有很多企业采用“浸出—净化—萃铜—电积”的方式处理含铜物料［1～3］。在生产实践过程中发现铜萃取剂会不断地被氧化甚至降解，在萃取铜的过程中对铁离子的分配比不断降低，由最初的2 000∶1可能降到200∶1甚至更低。这样导致在生产过程中料液含铁高时，通过反萃后的富铜液中含铁增长很快［4，5］。

1 铜电积过程中铁离子富集的影响

在铜电积过程中铁离子高会在电积过程中不断地在阴阳极还原氧化而耗费电，当铁离子在电积液中富集到了一定浓度时，电效会成指数下降。同时铁离子在电积液中氧化还原过程中对铜吊耳界面线也有一定的腐蚀作用，影响现场生产操作。

理论上铜电积液中铁离子越低越好，但生产实践中控制铁离子越低其除铁成本也就越高，所以控制铜电积液中的铁离子浓度在一个合理的范围内，以保证电积的过程中保持很高的电效，又能控制除铁的生产成本。

现在大部分企业主要是通过定期将部分电积液返回浸出系统再用自来水配酸来稀释电积液的铁离子浓度和平衡体积。虽然这种方法比较简单，但也导致大量电积液中的铜又进入浸出系统，间接增加了铜的生产成本和降低了铜的直收率。

2 高酸萃取除铁方法

控制铜电积液中的铁离子浓度在一个合理值在生产上具有积极的意义。用萃取法除铁也有一些研究，采用P204或P507与N235复合萃取剂对含铁料液进行萃取，且具有很高的萃铁能力，但是这种复合的萃铁方法前提条件均要求先中和料液中大部分的酸，这对于铜电解液中含的高酸情况下该方法是不太适合［6，7］。

现介绍一种采用P204萃取法直接萃取高酸铜电积液除去部分高酸铜电积液中的铁，保持铜电积系统中铁含量保持在一个合理的范围的稳定生产方法。

该方法主要采用P204作为萃铁萃取剂，结合盐酸反萃，自来水洗涤，萃余液除油、反萃后液的废盐酸返浸出系统做酸剂使用。采用P204作为萃取剂主要是由于P204为酸性磷脂类萃取剂，结构稳定不易被氧化，在高酸的环境下对铁有一定的萃取能力，对铜离子几乎没有萃取能力［6］。其工艺流程如图1所示。

图1 一种平衡铜电积液中铁离子生产工艺流程图

2.1 萃取料液过滤

由于铜电积过程为了获得平整致密的铜板，会在电解液中添加少量的胶体物质，胶体在溶解过程中会有少量的胶由于溶解不充分而存在少量的胶体悬浮物，同时也存在少量的悬浮阳极泥，这些悬浮物容易在萃取过程中形成第三相影响萃取生产。在萃取之前对萃取料液进行过滤十分必要。这里的过滤采用板框压滤两次达到生产要求。

2.2 萃铁

料液为电积铜中的电积后液，其中铜电积液中的铁离子主要为三价铁离子，二价铁离子微量，由于电积过程中阳极释放大量的氧气使整个电解槽中液体几乎都是在氧化气氛中存在，其主要成分见表1。

表1 电积铜液主要成分含量 g／L

铜电积液的特点为含酸高，含硫酸为160～180 g／L，在高酸环境下萃取，P204对三价铁离子有萃取能力但不强，对二价铁离子、铜离子、镍离子几乎没有萃取能力。而铜电积液中铁离子控制在1 g／L以内，铁离子对电积过程的电流效率影响很小。P204在不同的pH值下萃取金属能力顺序如图2所示。

图2 不同pH值下P204萃取金属的顺序

萃铁量由铜电积液中带入的量来确定，可以通过控制料液流量、开机时间来平衡系统的铁离子含量。采用40%P204三级逆流萃取，油水相比为3∶1，萃取铜电积液后，萃铁率达到50%，能够满足生产平衡铁离子浓度要求。

2.3 反萃

由于三价铁与P204生成的萃合物不十分稳定，降低pH不能将其反萃。需要使用含有能与被萃离子生成配合物的酸才能反萃。对此，科研人员研究了很多方法，对有机磷酸酸性萃取剂反铁，也有过很多研究。采用EDTA络合法，用铁粉和硫酸还原法，用氟化铵法等都能有效地将有机相中的铁反萃下来，但考虑生产成本和与生产配套的设备与工艺，这里选用大多数企业采用的传统的盐酸反铁方式。

2.4 洗涤

由于铜电积过程中对氯离子要求比较高，电积液中氯含量高时容易在阴极铜上面覆着一层氯化亚铜白色沉淀物，导致产品出槽后很快氧化变黑，同时影响铜板的致密性及品位。在生产实践中氯离子一般控制在50 mg／L以内，所以萃取的有机相要保证萃取剂中夹带的氯离子要求很低。而萃取剂采用盐酸反铁，萃取剂中势必会夹带少量氯离子，由于反萃的盐酸含氯离子太高，萃取剂夹带的少量的氯离子进入电积系统也会有很大影响，所以生产上对反铁后的有机相必须进行水洗处理。考虑洗涤效果，设计五级水洗。

2.5 萃余液除油

萃完铁的萃余液要与电积液混合，而萃余液由于会有少量夹带油分，而这些油分如果带入电积过程中则导致铜板发黑影响产品质量。在萃余液与电积液混合前，对萃余液进行除油非常有必要。除油市场上有很多种，大部分集中在超声波物理除油，活性炭吸附除油，这里采用对于有水包油的夹带先采用凝聚球对水相破乳处理，再用聚洁芯将油分再次进行分离，分离后的水相中含油达到5 mg／L内，达到生产要求。

2.6 废酸回用

废酸综合利用需跟企业整体的生产工艺相关，如果没有配套的生产工艺，一般采用石灰中和法将废酸中和掉。该工艺反萃后的废酸中含有约4N盐酸和三价铁离子，4N盐酸可以做浸出的酸剂，而铁离子在浸出净化过程中以氢氧化铁或铁矾的形式进渣除去。

3 结 论

1.P204萃铁相关研究很多，而生产实践过程中稳定生产是关键，不需要追求高的萃取能力，而生产实践发现工艺成熟稳定的关键点主要是控制反铁后有机中的氯，萃完铁后的萃余液中油份的控制。这两项有一项指标没有控制好都会对电积铜生产系统产品质量有影响。通过采用三级逆流萃取两级反铁五级水洗构成了萃取除铁的主要部分，再配合萃余液除油，进萃取前料液过滤，废酸回用的工序，使整个除铁系统能够稳定地适应生产要求。根据电积系统每天带入的铁量，对应的设计萃铁系统能平衡系统的铁量，达到了生产要求即可。采用P204萃取法除铁具有操作简单，生产稳定性强，工艺适应性强，萃取剂成本低，投资少等优点。

2.生产过程中也会由于操作或其它原因导致除油后液中含油量超标或有机相中的氯洗涤不彻底，都会导致生产存在一定的隐患，需引起足够重视。