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标题 导流式连续卸料离心机在铜电解净液系统中的应用
范文 王功强+何桂荣



摘 要：在铜电解生产过程中，电解液杂质元素不断富集，必须抽取一部分废电解液进行脱杂处理。为补充在脱除杂质过程中过量脱除的铜离子，铜冶炼厂一般采用生产硫酸铜重溶补充到电解液中的工艺，而传统生产粗硫酸铜的过滤分离设备，存在劳动强度大、能耗高、酸雾污染等问题无法解决。本文介绍一种导流式连续卸料离心机及其结构、工作原理与设备性能，综述其在铜电解净液系统粗硫酸铜工序的过滤分离中的应用。与传统过滤机相比，导流式连续卸料离心机不仅能高效快速分离出硫酸铜固体，减少硫酸铜含水量，而且能够实现密闭、连续作业，进而消除现场酸雾的危害，具有良好的经济效益和社会环境效益。
关键词：导流式连续卸料离心机；粗硫酸铜；结晶；过滤；铜电解净液；
Abstract： This paper introduces the structure， working process and performance of the continuous discharge centrifuge， and summarizes its application in the filtration and separation of the copper sulfate electrolytic solution system. Compared with the traditional filter， diversion continuous discharge centrifuge can not only effectively separate copper sulfate solids， reduce the water content of copper sulfate， and can achieve closed， continuous operation， and then eliminate the hazards of acid mist， has a good Economic and social environmental benefits..
Key Words： diversion type continuous discharge centrifuge； crude copper sulfate； crystallization； filtration； copper electrolysis clean liquid；
近年來，铜的消费市场需求不断增大，与此同时，生产铜的原料——铜精矿供求紧张，低杂质高品位的铜精矿越来越少，各大冶炼厂不得不购置低品位高杂质的铜精矿掺杂到进口铜精矿一起入炉，导致电解液的成份不断地发生变化，铜离子浓度不断上升，杂质也在其中不断积累，而硫酸浓度则逐渐降低，为了保证电解出合格的阴极铜，必须根据阳极板的杂质成份，结合电解液杂质极限浓度，抽取一定量的电解液进行净化[1]。
铜冶炼厂生产粗硫酸铜一般采用，真空蒸发——水冷结晶——过滤分离工艺，工艺流程详见图1。其中在过滤机过滤工序采用的过滤分离设备一般主要有三种形式[2]：
（1）三足式离心过滤机。三足式分为上部卸料和下部卸料两种。上部卸料基本是人工操作，劳动强度大，下部卸料不用人工出料，但操作不当时易震动，而且溶液易从离心机卸料口漏入料中，所以下部卸料不宜用于精硫酸铜分离。三足上卸式离心机分离出的硫酸铜其物理性能基本满足国家标准要求，为国内大多数工厂所采用。
（2）立式螺旋自动卸料离心机。该机优点是生产能力大，产品含水低。由于连续自动卸料，便于实现连续化，自动化生产。缺点是设备易损坏，维修困难，对硫酸铜晶粒有破坏，目前国内只有个别厂家使用。
（3）立式溢料型离心机。该机生产能力大，能连续自动进、卸料，劳动强度小，但产品含水较高[15]。
近年来，随着我国铜冶炼厂环保、自动化水平的不断提高，以上三种离心设备逐渐被淘汰[7]，目前只有在一些小型工厂在使用，现在国内主要大型冶炼厂普遍采用带式离心过滤机。虽然带式离心过滤机在生产规模、连续性生产方面有大幅提升，但是设备体积大、厂房土建成本较高、能耗高、滤布损耗大，需要配套真空设备、水洗设备、酸雾收集处理系统等一些列问题，始终无法解决[3] 。
为此，本文主要介绍一种新型过滤设备——导流式连续卸料离心机，主要介绍导流式连续卸料离心机结构、工作过程与性能，综述其在铜电解净液系统粗硫酸铜工序的过滤分离中的应用。与传统带式过滤机相比，导流式连续卸料离心机不仅能高效快速分离出硫酸铜固体，减少硫酸铜含水量，而且能够实现密闭、连续作业，进而消除现场酸雾的危害，具有良好的经济效益和社会环境效益。
1设备介绍
1.1工作原理
导流式连续卸料离心机是从国外引进的一种离心过滤设备。物料由上部进入离心机内，分料器连续不断地把物料填入导流通道内，在离心力的作用下，物料沿导流通道向下流动，在流动过程中，液体透过滤网进入集液仓，固体物料则顺导流通道被排入下部的固体收集仓[5] [6]。利用离心力和重力，导流式离心机同时完成了离心过滤和离心卸料，导流通道的角度可以根据具体条件进行调整，从而可以改变通道的长度，控制物料在导流通道内的停留时间，把固体料的湿含量控制到最佳状态，导流式连续卸料离心机原理图见图2。
设备操作时，滤网、滤网支承和导流装置按设定转速运转，达到预定转速后，物料从进料口匀速输入。物料进入分离装置后，其中的固体被滤网截留住，在重力和离心力作用下，自动下卸，进入固体收集仓，而清液则穿过滤网和滤网外支承进入积液仓，然后通过出液口排出。如需对固体进行洗涤，也可开启洗涤液阀门，适量通入洗涤液。
1.2设备组成
导流式连续卸料离心机主要由筒体、转鼓、轴承固定座、减速机、电机、转动装置、刮料装置，滤网等组成。主要结构详见图3。导流式连续卸料离心机技术主要技术参数见表1。
1.3设备特点
导流式连续卸料离心机具有如下特点：
节约人力和工人的操作强度，可以实现一人多机操作，可实现连续生产，连续进料连续卸料，从而可以让整个生产工艺实现连续性，提高了设备的使用率，从而可以提高整个生产的能力；设备故障点少，无需经常维修和更换部件；易损件少且更换容易，易损件包括滤网，三角带等；设备运行平稳，噪音低，对操作工人的身体无伤害；设备基础简单，无需复杂的基础；针对物料有粘性的，可在卸料仓可加装自动旋刮刀转式；采用变频启动；面板显示电流、电压、转数、声光报警；可以快速开车和停机，可变频调速适用不同进料条件（如：浓度、流量、颗粒尺寸等）。
2工艺流程配置及比较
以下章节以生产阴极铜规模为200 kt/a的铜冶炼厂，其电解净液产粗硫酸铜8 500 t/a为例，分别采用带式真空过滤机和导流式连续卸料离心机做比较。
2.1工艺配置
传统粗硫酸铜工序一般采用三层混泥土厂房布置。厂房屋面高度21 m，水冷结晶槽配置在第三层（约11.5 m），水冷结晶槽下方二层平面（约5 m）配置带式真空过滤机，带式过滤机通过漏斗卸料到一层粗硫酸镍打包堆存区。带式过滤机抽真空设备一般为水环式真空泵，配置在一层平面，带式过滤机进出料区域设置吸风罩，通过酸雾风机送入酸雾吸收塔处理达标排放[14]。由于带式过滤机外形尺寸较大，处理能力为2～4 t/h物料的设备长度达到12 m，厂房配置上至少需要3个标准6 m跨度，增加了厂房投资。除此之外，考虑到带式过滤机大型部件检修吊装，还需考虑配置吊装设备。
与带式过滤机相比，导流式连续卸料离心机配置要简单许多，只需一个6 m标准跨度厂房即可，水冷结晶槽配置在第三层（约11.5 m），导流式连续卸料离心机配置在二楼5 m平台，通过漏斗卸料到一层粗硫酸镍打包堆存区即可。由于为全封闭结构，没有酸雾外排，无需吸风罩，也无需抽真空设备及配套的酸雾吸收装置。除此之外，由于设备最大单体部件较小，所以也无需配置吊装设备。整机全部由电气驱动，滤网无需清洗，也无需压缩空气，无滤布冲洗水。工艺配置上，导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机工艺配置比较详见表2。
2.2设备性能
导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机主要性能比较详见表3
由上表可知：导流式连续卸料离心机较带式真空过滤机具有产品水分低、占地面积小、安装方便、耗電少、设备维护简单等优势。
2.3投资及运行成本
采用导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机生产硫酸铜工艺在建设投资及运行成本对比详见表4，表5。
从上表可以看出，与带式真空过滤机相比，采用导流式连续卸料离心机工艺，设备及安装投资节省57.5万元，土建费用节省144万元；运行费用上，可节省电耗73.7万kWh/a，节省水耗3.9万t/a，节省人员3人。如果按照电费0.7元/kWh，水费2元/t，人员10万/a，在不考虑设备折旧的情况下，仅仅水、电、人工三项一年可节约成本89.39万元。
3生产实践
从实际生产情况看，采用导流式连续卸料离心机分离出的粗硫酸铜颗粒均匀，无粘结，不成块，分离效果好，设备运行平稳，现场环境友好，无酸雾、无飞溅现场产生，可以远程控制，可做到无人监守。
由于导流式连续卸料离心机滤网孔径约为0.1 mm，比带式过滤机滤布孔径偏大，导致有约5%以下的固态硫酸铜进入过滤后液中，导致硫酸铜直收率下降。由于在铜电解过程中，为了维持电解液中铜离子稳定，必须重溶一部分硫酸铜补充到电解液中，所以，固态硫酸铜进入过滤后液中对电解工序没有影响。
4 结语
在铜电解净液粗硫酸铜过滤分离工艺中，采用导流式连续卸料离心机替代传统的带式真空过滤机，可以大量节省土建及设备投资，降低生产运行成本，简化工艺流程，具有很好的经济效益。除此之外，全密封的作业方式，可以消除酸雾对人的伤害及减少对设备的腐蚀，具有良好的环境效益，值得推广使用。
参考文献：
[1] 徐媛卿，吴晓光.铜电解净液系统硫酸铜脱铜工艺改进[J].铜业工程，2011，112（6）：48-49.
[2] 杨汉光，杨杰等. 重有色金属冶炼设计手册（铜镍卷）[D].北京：冶金工业出版社，1995：323-324.
[3] 王懋炎.铜电解精炼概论——（中）[J].有色金属（冶炼部分）.1955（19）
[4] 别良伟.铜电解精炼过程中的节能措施与实践[J]. 铜业工程.2011（01）
[5] 公弼.过滤基本理论和主要设备概述[J].过滤与分离.1994（03）
[6] 许中山.探析旋转过滤机的优势及其改进优化[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012（10）
[7] 刘万丰.过滤机的发展与应用[J].材料保护.2003（06）
[8] 张宣炯.转台式真空过滤机与翻盘过滤机的对比[J].磷肥与复肥.2001（05）
[9] G.Gaudfrin，叶文林.真空带式过滤机的新进展[J].国外金属矿选矿.1990（12）
[10] 李教，曹俊玲，王红娟，贺正民.水平真空带式过滤机在氧化铝生产中的工业试验[J].有色设备.2003（04）
[11] 姚公弼.水平真空带式过滤机[J]. 化工设备设计. 1999（03）
[12] 曾令坚.水平真空带式过滤机的进展[J].江西有色金属.1991（02）
[13] 张平亮，梁金龙.水平带式真空过滤机的选择与应用[J].过滤与分离.1997（04）
[14] 带式过滤机应用技术座谈会纪要[J].过滤与分离.1995（02）
[15] 何元勇.带式过滤机在硫酸铝生产中的应用[J].无机盐工业.1991（05）
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更新时间：2025/3/23 4:37:39