（科菲）旋流电解在铜钴镍溶液中的运用

1、公司简介旋流电解技术在硫酸铜溶液中的运用在钴系统溶液中的运用 2 23 34 45 56 61 1工程案例在硫酸镍溶液中的运用1 1公司简介公司简介 嘉兴科菲冶金科技股份有限公司是一家专业从事有色冶金工艺及装备研制的浙江省科技型企业，以其国内首创、国际先进的密闭式旋流电解装置为主推产品，致力于资源再生利用及环境保护领域的推广运用。 为矿山、冶金企业提供从废液废渣中回收提纯有价金属的工程设计与实施总体解决方案。公司秉持绿色环保，循环利用有限资源，造福社会的理念，坚持“保持品质国内同行领先，跻身全球市场竞争舞台”的质量方针，为废旧金属回收设备的国产化和循环经济、环保事业作出更大的贡献！1 1公司简

2、介公司简介2 2旋流电解技术旋流电解技术 旋流电解技术是基于各金属离子理论析出电位（E）的差异，即欲被提取的金属只要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较正的金属易于在阴极优先析出，其关键是通过高速液流消除浓差极化等对电解的不利影响，避免了传统电解过程受多种因素（离子浓度、析出电位、浓差极化、超电位、pH值等）影响的限制，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品。2 2旋流电解技术旋流电解技术密闭式旋流电解装置密闭式旋流电解装置 我司国内首创性开发的密闭式旋流电解装置是旋流电解技术中的核心设备，结构包括1.上端盖、2.阳极定位杆、3.上部连接器、4.外槽体、5.阳极、6.阴极、7

3、.下部连接器、8. 密封组件、9.电气连接组件、10. 下端盖等。 12345810796旋流电解装置结构示意图2 2密闭式旋流电解装置密闭式旋流电解装置 密闭式旋流电解装置运用于各类酸性体系中进行有价金属的电积生产与回收，混合金属溶液的分离及含重金属离子废水的处理等。 该装置分为8吋和6吋，模块化组装，通过高速旋转液流，消除了对电解的不利因素，实现宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)、高电流密度(400A/m2以上)等情况下的金属电解/电积回收，电流效率高，运行可靠稳定，产品性能优越 。旋流电解技术旋流电解技术2 2特点与功能特点与功能1)便携式或模块组装；2)溶液闭路循环，操作环境好

4、；3)选择性的对金属进行电解沉积；4)具有较高的电流密度及电流效率；5)对低浓度溶液进行高效、高纯度的电解提取。 旋流电解技术，主要用于在各类酸性体系（硫酸、盐酸、硝酸及氰化物等）中进行有价金属的生产和回收、混合金属溶液的分离及含重金属离子废水的处理等。密闭式旋流电解装置的特点如下：旋流电解技术旋流电解技术2 2安全环保性好安全环保性好旋流电解技术旋流电解技术 旋流电解装置，因其固有的设计特点，可以彻底消除在工作场所的酸雾释放，旋流电解装置可以捕捉所有气体，对其进行收集和无害化处理或再利用。应用旋流电解装置可显著改善工作环境。 在传统电解金属的过程中，阳极区会产生气体，并形成气泡，当这些气泡达

5、到液体表面爆裂，释放了其中气溶的酸性物质产生酸雾，酸雾会严重影响操作者的健康，破坏周围环境和基础设施。2 2体现循环经济原则体现循环经济原则旋流电解技术旋流电解技术旋流电解技术体现了循环经济的3R原则 循环经济是在可持续发展的思想指导下，按照清洁生产的方式，对能源及其废弃物实行综合利用的生产活动过程。 它要求把经济活动组成一个“资源-产品-消费-再生资源”的反馈式流程。其本质是一种生态经济。循环经济的评价原则是“3R ”原则： “减量化”原则（R educe)，以资源投入最小为目标。“资源化”原则（R euse)，以废物利用最大化为目标。“无害化”原则（R ecycle)，以污染物排放最小为目

6、标。 旋流电解技术的在各领域的应用很好的契合了循环经济可持续发展战略模式，是各领域行业升级转型和发展循环经济的强有力的技术支持2 2产品技术水平经专家鉴定产品技术水平经专家鉴定 “密闭式旋流电积装置”在2012年3月通过中国有色金属工业协会科技成果技术鉴定，获得了中国有色金属工业协会、北京有色金属研究总院、国家环保部环评司等部门专家和院士一致好评，鉴定“该装置可广泛用于有色金属冶炼、电镀、电池废水等领域的有价金属回收，有效提高资源再生利用水平，并解决了现有电解工艺中存在的金属提纯效率低、能耗高、操作环境恶劣等问题，能够选择性地从废渣、废液中提取各种稀贵金属，在包括铂、金、银、镍、钴、铜等金属的

7、生产和分离上有着无可比拟的技术优势”，并认定该装置为国内首创，整体技术达到国际先进水平。旋流电解技术旋流电解技术3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用旋流电解生产旋流电解生产 阴极铜阴极铜 精密过滤后的硫酸铜溶液在输液泵的作用下从槽底进入旋流电解槽，在槽体内高速流动，阴极析出金属沉积物，由于采用惰性阳极，因此在阳极上析出气体，该气体通过槽顶的排气装置随时排除并集中进行后序处理。旋流电解槽工作以若干个槽体为一个模块，单个旋流电解槽相当于传统电解槽的一对阴阳极。阴极产物定期（一般情况，阴极在达到一定重量时需要进行采集）从顶部取出（粉末从底部），重新放入始极片后继续电解。3 3在硫酸铜溶液中

8、的运用在硫酸铜溶液中的运用旋流电解电积铜的高选择性旋流电解电积铜的高选择性 由于电极电势的不同，铜离子在电积时显正负性，在多种有色金属共存的情况下，旋流电解能更好的分离提纯铜。由图表可以看出，随着电解时间的不断增加，Cu离子浓度越来越低，其余金属元素含量基本不变，可见旋流电解技术在特定的参数条件下具有高选择性，而且铜在低浓度下由于旋流电解技术中的高旋流消除了浓差极化，使得铜在较低浓度下也有了很好的析出能力与较高电效，对铜具有很好的分离提纯能力。3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用旋流电解电积铜的高效性旋流电解电积铜的高效性 运用旋流电解技术，效率较高，2-3g/L以上的含铜溶液可达到

9、90%以上的电流效率，1g/L可进一步将溶液中的铜离子降低到0.02 g/L，效率仍可维持在80%左右。下图是旋流电解硫酸铜溶液的浓度与电流效率与电解时间的曲线图 。3 3铜净化工艺的运用铜净化工艺的运用铜电解液精密过滤一段旋流电积脱铜电积铜电解后液二段旋流电积脱铜阴极铜电解贫液旋流电解除砷、锑、铋电解终液在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用3 3 传统净液工艺与旋流电解技术在铜电解后液净化工艺上都有自己的一定的优势与劣势。 以一个工厂投产为例：每天需要进行处理的废硫酸铜溶液132.56m3，其中Cu2+43.05g/l，H2SO4219.98g/l，该溶液需净化处理。以下比较讨论了应用两

10、种工艺的建设投资、运行成本、能耗指标、经济效益和社会环境效益。在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-投资费用对比投资费用对比传统两段脱铜工艺旋流电解工艺项 目 名 称投资(万元)占投资比例投资(万元)占投资比例建筑工程2187.01%1083.27%设 备229073.68%255077.32%安装工程48015.44%57517.43%其他费用1203.86%651.97%总投资费用3108100.00%3298100.00%投资估算汇总表3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中

11、的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-投资费用对比分析介绍投资费用对比分析介绍（1）基建方面，旋流电解装置较紧凑，占地较传统诱导脱铜法小；同时由于其密闭式结构形式，对防腐要求低，可采用一层简单钢结构形式，相比传统工艺上两层结构、重防腐相比，投产要低很多。（2）设备费用方面，传统两段脱铜工艺包括传统电积槽以及配套设备；旋流电解工艺包括若干个旋流电解槽及其相配套的工艺设备、电气、控制系统等，含专业设计费用等，同时旋流电解自动化程度高，总体而言，旋流电解要高一些。（3）安装工程费用方面，传统两段脱铜工艺主要是安装费用，旋流电解工艺包括配套主材及运输、安装、调试等费用。（4）其他费用，主要包括一些不

12、可预测费用等。3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-运行成本对比运行成本对比-产品结构对比产品结构对比两种方案产品结构对比表注：传统两段脱铜工艺脱金属铜总量1879t/a, 旋流电解脱铜工艺脱金属铜总量1861t/a，旋流电解脱铜终液含Cu98%）t/a0174.984黑渣t/a240.683.125电铜直收率（标铜）%11.87%86.26%3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-运行成本对比运行成本对比-电耗情况分析电耗情况分析传统二段脱铜工艺每段直流电耗情况表电流密度A电流效率%直流电单耗kwh/t直流电总

13、耗kwh/a总电耗比例一段22090%2000105800028.12%二段20060%2600270400071.88%平均2397.73762000100%旋流电段直流电耗情况表电流密度A电流效率%直流电单耗kwh/t直流电总耗kwh/a总电耗比例一段68096.00%22002273781.40 63.81%二段35093.00%1900745812.32 20.93%25088.00%1850229225.18 6.43%75065.00%6350314720.10 8.83%平均2228 3563538.99 100.00%由两张对比图表可见，旋流电解直流电消耗较传统两段脱铜工艺低。

14、3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-运行成本对比运行成本对比两种方案运行成本对比表注：维修费用主要是两者阳极的修复或处理费用，传统工艺采用铅阳极较旋流电解所使用的专用析氧阳极相比，寿命较短。序号项 目方案一：传统两段脱铜方案二：旋流电解单位消耗kWh/t单价单位成本总成本单位消耗kWh/t单价单位成本总成本元元万元元元万元1直流电24000.531272.00 239.54 22000.531166.00 219.58 2交流电2300.53166.95 31.44 4870.53266.75 50.23 3维修费用955.80 180.00 441

15、.93 83.22 4人工成本22人584.11 110.00 15人313.87 59.11 5折旧1131.27 213.04 1209.44 227.76 6其它100.00 18.83 100.00 18.83 合计4210.13 792.85 3497.98 658.74 3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-后续加工成本对比后续加工成本对比两种工艺的产品结构不同，造成了后续加工成本的不同，如下进行对比：说明：黑铜板（粗铜）按返回火法转炉处理、黑铜粉按返回底吹炉处理考虑。其中，黒铜粉、黑铜板-粗铜-阳极铜-阴极铜的加工成本分别为1159.84

16、元/tCu（其中熔炼751.64、吹炼408.2）、377.39元/tCu、464.31元/tCu。传统工艺-黑铜板与黑铜粉返回火法的回收率和单位加工成本表回收率单位加工成本（元）黑铜板（含铜） t/a98.50%1249.99黑铜粉（含铜） t/a98.20%2001.543 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-后续加工成本对比后续加工成本对比 两种方案相比，由于采用不同的工艺产出不同产量的黑铜粉与粗铜，两方案相比，方案一比方案二增加加工成本：184.625万元/年，提高铜回收率，年多回收21.21t，标准铜按照5万元/t计，可增加销售收入106.06

17、万元/年。旋流电解工艺-黑铜板与黑铜粉的加工成本对比表传统两段脱铜旋流电解黑桐板加工总成本 元/a1749773.50 218723.25 黑桐粉加工总成本 元/a481570.52 166368.00 加工总成本 元/a2231344.03 385091.26 黑铜板再加工损失铜量 t/a21.00 2.62 黑铜粉再加工损失铜量 t/a4.33 1.50 3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-能源消耗对比能源消耗对比 黑铜粉与黑铜板返回火法与电解精炼才能产出产品，这一过程由于处理量不同，产生的能源消耗也不同。（黑铜粉经火法粗炼和电解精炼的能耗约为2

18、50 kgce/tCu，黑铜板或粗铜经火法粗炼和电解精炼的能耗约为220 kgce/tCu）。 两种方案相比，方案一比方案二要增加能耗：308837 kgce/a。两种方案黑铜粉与黑铜板能源消耗对比表方案一：传统二段脱铜脱杂方案二：旋流电解脱铜脱杂数量t/a总能耗kgce/a数量t/a总能耗 kgce/a1黑铜板t/a1399.83307962.62粗铜（98%）t/a174.9838495.63黑渣粉 t/a240.66015083.1220780合计368112.659275.63 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺的比较铜净化工艺的比较-流动资金产生的利息比流动资金产生

19、的利息比 黑铜粉与黑铜板返回火法与电解精炼需要占用一定的流动资金。方案一每年需要返回火法的铜量为1640.43t，方案二每年需要返回火法的铜量为258.1t，方案一比方案二每年多返回铜量为1382.33t，折合每月返回铜量115.19t。这里按黑铜到阴极铜周期1个月考虑，占用资金为575.97万元（按5万元/t铜计），贷款年利率按6.31%计，产生的利息约为36.34万元。两种方案相比，方案一比方案二每年多占用资金575.97万元，多付利息36.34万元。3 3在硫酸铜溶液中的运用在硫酸铜溶液中的运用铜净化工艺应用中的优势体现铜净化工艺应用中的优势体现 旋流电解工艺将总脱铜量85%以上直接变现

20、为标准阴极铜，实现了产品的升级，提高了产品附加值，同时减少了黑铜板、黑铜粉的产出量，减少了返回粗炼系统的物料量，减少了流动资金积压，提高了流动资金周转率。由于系统全密闭式结构，没有废气废渣的排放，作业环境好。建设周期短、风险小，环境效益和社会效益显著。4 4在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用氯化钴溶液中的运用氯化钴溶液中的运用 氯化钴溶液的传统处理方法为氯化钴不溶阳极电积工艺，一般是萃取除油后的氯化钴溶液在深度净化后，通过250-300A/m2电流密度、在50-60温度条件下，氯化钴溶液由阳极隔膜室缓慢渗入阴极区，生产高纯电积钴产品，生产过程中产生大量的氯气气体，通过抽取阳极溶液并循环利

21、用将产生的气体进行收集，但该过程由于氯气难以实现完全收集并且腐蚀性大，作业现场比较差。因此，采用新型密闭式电解装置是氯化钴电积改善作业环境发展趋势。 旋流电解装置则是一种管状形式，溶液由装置底部高流速向上旋转流动，电流密度是传统的大概2-3倍，电效也较传统为高，并能在离子浓度下高效地提纯钴金属，所产生的混合气体与溶液一起进入循环槽，贮槽为封闭式结构并通过尾气回收装置集中进行收集与处理。同时在处理时可以进行回收再利用。4 4 图中所显示的是旋流电解处理氯化钴溶液电流效率与电耗随电解时间的变化曲线图。可见，在旋流电解处理氯化钴溶液时在浓度较高的情况下，电效在90%以上，电耗基本在3000kwh/t

22、Co。050010001500200025003000350087888990919293949596970123456789101112电钴电耗（kwh/t）电钴电流效率（%）电解时间(h)电钴电流效率与电耗随随电解时间变化曲线Cu电钴电流效率曲线电钴电耗曲线在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用氯化钴溶液中的运用氯化钴溶液中的运用4 4在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用氯化钴溶液中的运用氯化钴溶液中的运用类别行业标准试样分析结果牌号/批次Co999810-1#11-1#13-1#13-2#15-1#化学成分/%Co不小于99.9899.980799.980299.977899.97

23、9799.982杂质含量不大于Mn0.0010.00010.00010.00010.00010.0001Fe0.0030.00080.00050.0010 0.00060.0018Ni0.0050.00070.00060.00060.00040.0004Cu0.0010.0110.0110.010 0.00450.0061Zn0.0010.00020.00030.00040.00020.0002Si0.0010.00190.00180.00120.00170.0018Cd0.00020.00010.00020.00030.00020.0002Mg0.0010.00020.00020.00010

24、.00020.0001Al0.0010.00010.00050.00020.00150.0010Pb0.00030.00420.0020 0.00260.00250.0020C0.0040.00210.00490.00620.0028S0.0010.00050.00080.00220.0015As0.0003P0.0005Sn0.0003Sb0.0002Bi0.0002杂质总量0.020.01930.01980.02220.02030.018钴产品化学成分分析表4 4在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用氯化钴溶液中的运用氯化钴溶液中的运用 氯化钴溶液运用旋流电解工艺进行钴电积，可以得到高纯

25、度的产品，达到Co9995以上产品标准。 由于旋流电解技术是一种选择性电解方式，其基本原理是基于每一种金属离子在溶液中析出电位差异，在高循环速度、高电流密度条件下消除其浓差极化，从而在低钴离子浓度的条件下同样得到高纯金属产品。所以维护较高的溶液预提取金属离浓度、尽量降低其他析出电位较正的金属离子浓度对保证产品质量有利。 在回收再利用方面，由于旋流电解工艺的密闭运行，在循环槽上端进行回收，统一处理，制作成次氯酸钠或还原成盐酸。如此，不但减少了对环境的影响，同时又增加了产品结构，提高了经济收益。4 4在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用硫酸钴溶液中的运用硫酸钴溶液中的运用 旋流电解技术处理硫酸

26、钴溶液时，相对于传统的硫酸钴电钴，在溶液的成分组成上，要求更低，并且在低浓度下也能得到较好产品，同时具有较高的电流效率和较低的电耗。这主要由于旋流电解技术的原理，消除了浓差极化，可以更快更迅速的补偿贫化区的钴离子，同时得到的电积产品较传统电积的产品物理表征更好。4 4 生产过程中产生的废气污染源主要为工序产生的硫酸酸雾。由于旋流电解装置完全密闭，产生的酸雾主要集中在循环槽内，项目设计循环槽加盖密封防止酸雾外逸，循环槽内的酸雾采用玻璃钢风筒在离心风机的作用下，整个体系形成一种微负压的状态，酸雾引至废气吸收装置采用碱液喷淋吸收，从而可使排出的气体经酸雾净化塔处理后达标后排放，污染物排放浓度均能满足

27、大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）二级标准要求，保证了良好的作业环境。从而利用旋流电解技术处理硫酸钴溶液，具有明显的经济效益和社会效益。硫酸钴溶液中的运用硫酸钴溶液中的运用在钴系统溶液中的运用在钴系统溶液中的运用5 5在硫酸镍溶液中的运用在硫酸镍溶液中的运用 该旋流电解脱镍过程，考察了旋流电解脱镍工艺条件，同时考察了产品的物理表征与化学成分。该溶液含镍浓度较低，考察旋流电解在镍离子较低的情况下的脱除效果和产品效果，并且考察电流效率和电耗以及其他能量消耗。元素CuNiCoFeCaMgMnPbZnPH含量0.0646.140.0590.00080.0280.220.00040.00

28、040.00034-5旋流电解脱镍实例旋流电解脱镍实例硫酸镍典型化学成分(g/L)5 5在硫酸镍溶液中的运用在硫酸镍溶液中的运用旋流电解脱镍实例旋流电解脱镍实例 阴极上析出成型非常完好的电解镍金属产品电解镍整体质量很好，表面有很强的金属光泽，金属生长致密，内壁平整光滑。在如此低浓度下电效为85.36%，此次旋流电解分离提纯镍的电耗为2.88kwh/kg。 电镍化学成分(%)元素CoCCdSiSnSbSPb含量0.030.0070.000170.00180.000190.00010.0320.0015元素AlZnMnAsMgBiCuFe含量0.000310.00410.000990.0230.00120.000380.0400.00295 5在硫酸镍溶液中的运用在硫酸镍溶液中的运用旋流电解电镍优势旋流电解电镍优势经济效益 利用旋流电解技术处理硫酸镍溶液，使得硫酸镍溶液处理能力得到提升改造，确保原料及时变现，产出的阴极镍化学成份达到国家标准要求。 运用旋流电解技术，将需要脱除的镍变现为高纯度电积镍产品，镍的直收率提高，最大限度的将镍资源变现；电流效率高，电效可达到85%以上，大大降低了直流电单耗；本工艺为密闭式电解结构形式，电解自身产生的焦耳热即可以得到有效的利用，为保证电解顺利进行前段少许的温度加热即可满足生产所需，降低蒸汽消耗和运行成本，经济效益显著。5 5在硫酸镍