摘要：介绍一种以气液乳化混合为特征的新型中和槽，该中和槽运行时可不用加热，也不需要另外供给压缩空气，其溶铜速度比常规的中和槽提高4~7倍。新型中和槽在电解铜箔、硫酸铜等生产上已获得应用，取得了练好的效果。^【1】

关键词：中和槽；气液混合；溶铜速度

中图分类号：TF811    文献标识码：B    文章编号：1007-7545（2001）05-0048-03

 

在硫酸铜溶液或生产硫酸铜的过程中，通常使用中和槽或鼓泡塔溶解固体状态的铜。为了能处理物理尺寸较大的铜料，中和槽作为一种溶铜设备目前被广泛使用，但是中和槽溶铜速度慢，生产效率低一直是困扰企业的大问题，多年来未能有突破性进展。本文提出一种以气液乳化混合为特征的中和槽改进方案，较好的解决了上述难题，同时用该方案研制成功的新型中和槽还未达到免除外部加热、供风的效果，实现了单体自热运行，取得了良好的效果。

 

1.    基本原理

中和槽溶铜是一种固——液——气三相化学反应

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

根据动力学原理，以下几个方面都是提高溶铜化学反应速度的有效措施：（1）提高铜料的化学反应表面积。这就是要求铜料的物理尺寸尽可能的小；（2）加强搅拌，使铜料能随溶液流动形成有利于溶质扩散的流化床；（3）较高的H₂SO₄、O₂浓度和反应温度及增加催化剂等。但是由于生产工艺限制，上述措施中唯有提高O₂在溶液中的浓度最为现实。

众所周知，要提高氧在溶液中的浓度，必须增大风量或增加空气与溶液的接触面积。常规中和槽的问题在于：压缩空气一般都是通过数根插入溶液中的导管对溶液进行充氧的，实践证明，通过导管进入溶液的空气往往成大气泡状态，在未能与溶液充分接触的情况下就过早的逸出液面，氧的利用率是极低的。增加导管的数量或风量效果并不理想，除增大了能源消耗外还造成了溶液损失，环境恶劣等诸多不良后果。因此人们力图找到使空气在溶液中形成小气泡的方法。

按照上述思路，国内某厂对中和槽的供氧方式作了改进。其主要方法是在中和槽的底部加设一种空气分布板，让空气通过分布板上的小孔进入溶液。毫无疑问，由于小孔对空气的分散作用，进入溶液的空气形成了小气泡，从而减缓了空气逸出液面的速度，增大了空气与溶液的接触机会，经改造后的中和槽以废铜线为原料时溶铜速度达到了85kg/m³·d以上，比改造前提高了近30%^【2】。进一步缩小空气分布板小孔直径有利于空气形成更小的气泡，但这一措施将遇到小孔频繁堵塞的问题，不利于设备的稳定生产。

 

2.    新型中和槽的重要改进

一般来说，小气泡的充氧效果优于大气泡，那么能否找到微气泡充氧的方法进一步提高充氧效果呢？图1就是实现微气泡充氧新型中和槽的结构示意图。

 

新型中和槽与常规槽一样具有反应器、假底等部分。新型中和槽将假底以下部分该作为气液分离器，另外增加了区别于常规中和槽的两大部件即循环泵和液——气喷射泵^【3】。利用液——气喷射泵在一定条件下能使气体与液体发生乳化混合是新型中和槽充氧方式的重要变动。

工作状态下，循环泵从气液分离器底部吸入溶液送于液——气喷射泵，在喷射泵喷嘴处溶液以**m/s以上的速度喷出******。新型中和槽可以断续工作，也可以连续工作。当需要连续工作时可向中和槽的补液口注入溶铜前液，合格的溶铜后液经溢流口排到下段工序。

显而易见，乳化混合充氧比大气泡充氧时的气液接触界面要大得多，微气泡在溶液中停留的时间也变长，当化学反应使局部溶液的氧浓度下降时，微气泡中的氧可随时补充，保证了溶液的氧化电位始终处于较高的水平，这对提高溶铜速度起到关键作用。

另外，当含氧量下降的微气泡达到页面附近时能形成小气泡连续相，达到抑制酸雾，减少溶液蒸发热损失的作用，有利于环保和建立热平衡。检测表明，新型中和槽氧的利用率一般都可达到30%以上，因此新型中和槽不在需要过多的空气供给。

 

3    实际应用

新型中和槽处理物理尺寸较大的铜料时也必须要求铜料具有足够的化学反应表面积，这一点只能用增加投料量的方法来实现，因此反应器容腔的大小也是很重要的。实验表明，循环泵电机每千瓦功率对反应的反应器容腔体积一般应在0.2~0.25m³以上；为了保证乳化的效果，循环泵扬程应有30~40m；气液分离器的容积也要足够大，以免气体分离不良造成循环泵气蚀。

应用1：五水硫酸铜的溶铜工序。其反应器体积为4m³，高径比为1:0.75，配用18.5kw的循环泵，扬程35m，流量60m³/h，气液分离器容积约1m³，设备尺寸2.1m*1.8m*4.5m（不含烟囱）。以废铜线为原料，溶铜前液含Cu²⁺60g/L，H₂SO₄70g/L，溶铜后液含Cu²⁺170g/L，H₂SO₄70g/L左右，80^。C左右自热运行，溶铜速度高达375kg/m³·d，比常规中和槽提高4倍多，日产五水硫酸铜产品6t左右。硫酸铜产品的综合电耗约为130kWh/t，废气含H₂SO₄低于60mg/m³，因设备能自热、自供氧，工厂不再配备锅炉、空气压缩机等外围设备，投资大为节省。

应用2：生产电解铜箔的溶铜工序，铜料直径15mm、长300~500mm的光亮铜杆或400mm*20mm*10mm的电解铜切条，溶铜速度由常规中和槽的36kg/m³·d提高到300kg/m³·d左右，溶铜速度提高7倍多。应当指出新型中和槽空气的用量仅为常规中和槽的十几分之一，从而可减少空气中的杂志对溶液可能产生的污染，这对于生产高档电解铜箔的企业是极为有利的。

新型中和槽配有用于固液分离的一级或者多级旋流器，用于油污等不溶物分离的辅助部件，因此新型中和槽同样可以处理粉粒状铜料，溶铜速度可达500kg/m³·d左右，从而实现一机多用。

 

4.    结论

新型中和槽采用气液乳化混合的供氧方法，大大提高了溶铜速度，能自热运行。新型中和槽的稳定运行要求循环水泵能耐腐蚀、耐高温、耐磨损和抗结晶。

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