摘要：介紹一種以氣液乳化混合為特征的新型中和槽，該中和槽運行時可不用加熱，也不需要另外供給壓縮空氣，其溶銅速度比常規(guī)的中和槽提高4~7倍。新型中和槽在電解銅箔、硫酸銅等生產上已獲得應用，取得了練好的效果。^【1】

關鍵詞：中和槽；氣液混合；溶銅速度

中圖分類號：TF811    文獻標識碼：B    文章編號：1007-7545（2001）05-0048-03

 

在硫酸銅溶液或生產硫酸銅的過程中，通常使用中和槽或鼓泡塔溶解固體狀態(tài)的銅。為了能處理物理尺寸較大的銅料，中和槽作為一種溶銅設備目前被廣泛使用，但是中和槽溶銅速度慢，生產效率低一直是困擾企業(yè)的大問題，多年來未能有突破性進展。本文提出一種以氣液乳化混合為特征的中和槽改進方案，較好的解決了上述難題，同時用該方案研制成功的新型中和槽還未達到免除外部加熱、供風的效果，實現了單體自熱運行，取得了良好的效果。

 

1.    基本原理

中和槽溶銅是一種固——液——氣三相化學反應

Cu+1/2O₂+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O                                               (1)

根據動力學原理，以下幾個方面都是提高溶銅化學反應速度的有效措施：（1）提高銅料的化學反應表面積。這就是要求銅料的物理尺寸盡可能的??；（2）加強攪拌，使銅料能隨溶液流動形成有利于溶質擴散的流化床；（3）較高的H₂SO₄、O₂濃度和反應溫度及增加催化劑等。但是由于生產工藝限制，上述措施中唯有提高O₂在溶液中的濃度最為現實。

眾所周知，要提高氧在溶液中的濃度，必須增大風量或增加空氣與溶液的接觸面積。常規(guī)中和槽的問題在于：壓縮空氣一般都是通過數根插入溶液中的導管對溶液進行充氧的，實踐證明，通過導管進入溶液的空氣往往成大氣泡狀態(tài)，在未能與溶液充分接觸的情況下就過早的逸出液面，氧的利用率是極低的。增加導管的數量或風量效果并不理想，除增大了能源消耗外還造成了溶液損失，環(huán)境惡劣等諸多不良后果。因此人們力圖找到使空氣在溶液中形成小氣泡的方法。

按照上述思路，國內某廠對中和槽的供氧方式作了改進。其主要方法是在中和槽的底部加設一種空氣分布板，讓空氣通過分布板上的小孔進入溶液。毫無疑問，由于小孔對空氣的分散作用，進入溶液的空氣形成了小氣泡，從而減緩了空氣逸出液面的速度，增大了空氣與溶液的接觸機會，經改造后的中和槽以廢銅線為原料時溶銅速度達到了85kg/m³·d以上，比改造前提高了近30%^【2】。進一步縮小空氣分布板小孔直徑有利于空氣形成更小的氣泡，但這一措施將遇到小孔頻繁堵塞的問題，不利于設備的穩(wěn)定生產。

 

2.    新型中和槽的重要改進

一般來說，小氣泡的充氧效果優(yōu)于大氣泡，那么能否找到微氣泡充氧的方法進一步提高充氧效果呢？圖1就是實現微氣泡充氧新型中和槽的結構示意圖。

 

新型中和槽與常規(guī)槽一樣具有反應器、假底等部分。新型中和槽將假底以下部分該作為氣液分離器，另外增加了區(qū)別于常規(guī)中和槽的兩大部件即循環(huán)泵和液——氣噴射泵^【3】。利用液——氣噴射泵在一定條件下能使氣體與液體發(fā)生乳化混合是新型中和槽充氧方式的重要變動。

工作狀態(tài)下，循環(huán)泵從氣液分離器底部吸入溶液送于液——氣噴射泵，在噴射泵噴嘴處溶液以**m/s以上的速度噴出******。新型中和槽可以斷續(xù)工作，也可以連續(xù)工作。當需要連續(xù)工作時可向中和槽的補液口注入溶銅前液，合格的溶銅后液經溢流口排到下段工序。

顯而易見，乳化混合充氧比大氣泡充氧時的氣液接觸界面要大得多，微氣泡在溶液中停留的時間也變長，當化學反應使局部溶液的氧濃度下降時，微氣泡中的氧可隨時補充，保證了溶液的氧化電位始終處于較高的水平，這對提高溶銅速度起到關鍵作用。

另外，當含氧量下降的微氣泡達到頁面附近時能形成小氣泡連續(xù)相，達到抑制酸霧，減少溶液蒸發(fā)熱損失的作用，有利于環(huán)保和建立熱平衡。檢測表明，新型中和槽氧的利用率一般都可達到30%以上，因此新型中和槽不在需要過多的空氣供給。

 

3    實際應用

新型中和槽處理物理尺寸較大的銅料時也必須要求銅料具有足夠的化學反應表面積，這一點只能用增加投料量的方法來實現，因此反應器容腔的大小也是很重要的。實驗表明，循環(huán)泵電機每千瓦功率對反應的反應器容腔體積一般應在0.2~0.25m³以上；為了保證乳化的效果，循環(huán)泵揚程應有30~40m；氣液分離器的容積也要足夠大，以免氣體分離不良造成循環(huán)泵氣蝕。

應用1：五水硫酸銅的溶銅工序。其反應器體積為4m³，高徑比為1:0.75，配用18.5kw的循環(huán)泵，揚程35m，流量60m³/h，氣液分離器容積約1m³，設備尺寸2.1m*1.8m*4.5m（不含煙囪）。以廢銅線為原料，溶銅前液含Cu²⁺60g/L，H₂SO₄70g/L，溶銅后液含Cu²⁺170g/L，H₂SO₄70g/L左右，80^。C左右自熱運行，溶銅速度高達375kg/m³·d，比常規(guī)中和槽提高4倍多，日產五水硫酸銅產品6t左右。硫酸銅產品的綜合電耗約為130kWh/t，廢氣含H₂SO₄低于60mg/m³，因設備能自熱、自供氧，工廠不再配備鍋爐、空氣壓縮機等外圍設備，投資大為節(jié)省。

應用2：生產電解銅箔的溶銅工序，銅料直徑15mm、長300~500mm的光亮銅桿或400mm*20mm*10mm的電解銅切條，溶銅速度由常規(guī)中和槽的36kg/m³·d提高到300kg/m³·d左右，溶銅速度提高7倍多。應當指出新型中和槽空氣的用量僅為常規(guī)中和槽的十幾分之一，從而可減少空氣中的雜志對溶液可能產生的污染，這對于生產高檔電解銅箔的企業(yè)是極為有利的。

新型中和槽配有用于固液分離的一級或者多級旋流器，用于油污等不溶物分離的輔助部件，因此新型中和槽同樣可以處理粉粒狀銅料，溶銅速度可達500kg/m³·d左右，從而實現一機多用。

 

4.    結論

新型中和槽采用氣液乳化混合的供氧方法，大大提高了溶銅速度，能自熱運行。新型中和槽的穩(wěn)定運行要求循環(huán)水泵能耐腐蝕、耐高溫、耐磨損和抗結晶。

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