探討電解液純凈度對陰極銅質(zhì)量的影響

車駕才

（侯馬北銅銅業(yè)有限公司，山西 侯馬 04300）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

探討電解液純凈度對陰極銅質(zhì)量的影響

車駕才

（侯馬北銅銅業(yè)有限公司，山西 侯馬 04300）

闡述了不良銅電解液純凈度對陰極銅質(zhì)量造成的影響，分析了影響電解液純凈度的主要原因，并總結(jié)了生產(chǎn)實(shí)踐中改善電解液純凈度采取的主要措施。通過對電解液純凈度的改善，穩(wěn)定了陰極銅質(zhì)量，消除了產(chǎn)品質(zhì)量波動對品牌造成的影響。

電解液 純凈度 陰極銅 質(zhì)量 過濾量

侯馬北銅公司電解二系統(tǒng)建成投產(chǎn)于2012年7月，投產(chǎn)以來陰極銅物理外觀、質(zhì)量一直不穩(wěn)定，直接影響陰極銅A級率，陰極銅外觀狀態(tài)主要表現(xiàn)出結(jié)晶疏松不致密，板面紋理粗粒子多，陰極銅脆性、韌性不理想。雖然生產(chǎn)期間也有質(zhì)量達(dá)標(biāo)的時(shí)段，A級率平均在96%以上，但總體運(yùn)行三年來質(zhì)量經(jīng)常出現(xiàn)波動，該系統(tǒng)陰極銅A級率波動幅度較大且波動頻次較多。針對這一現(xiàn)象，分析了影響陰極銅質(zhì)量的各種因素，認(rèn)為電解液純凈度時(shí)好時(shí)壞是影響陰極銅質(zhì)量波動的關(guān)鍵因素，并在檢修過程中對工藝系統(tǒng)進(jìn)行了補(bǔ)充完善，調(diào)整了生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)，在檢修結(jié)束啟動生產(chǎn)后，陰極銅質(zhì)量得到較為明顯的改觀，陰極銅A級率得到了穩(wěn)定。本文針對電解液純凈度的影響因素進(jìn)行了分析，并就改善電解液純凈度的措施予以闡述。

1 不良電解液純凈度對陰極銅質(zhì)量的影響

電解二系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，觀察電解槽表面，在有振動的條件下有小氣泡間斷溢出，過濾有氣泡冒出時(shí)的出口電解液，濾紙不潔凈，電解液純凈度不良；測量其槽壓，單槽槽壓均在0.45 V以上。

1.1 陰極銅物理外觀表述

陰極銅的質(zhì)量，不僅要求化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)，而且要求物理規(guī)格符合要求，即陰極銅表面必須平整，周邊齊整，結(jié)晶致密，板面光滑細(xì)膩。電解二系統(tǒng)啟動生產(chǎn)以來，質(zhì)量出現(xiàn)波動的時(shí)候，化學(xué)成分能夠達(dá)標(biāo)，但物理外觀較差，主要表現(xiàn)為結(jié)晶粗糙，陰極銅板面粗條紋明顯，結(jié)晶粒子多，顏色發(fā)暗，敲擊陰極銅聲音發(fā)啞、不清脆，陰極銅韌性較差、容易掰斷。

1.2 生產(chǎn)過程中指標(biāo)運(yùn)行情況

電解二系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，總體反映出槽壓高，電解液密度大，電流密度上不去，具體指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。處理槽壓高的電解槽時(shí)發(fā)現(xiàn)陽極鈍化現(xiàn)象較為明顯，敲擊陽極耳部鈍化現(xiàn)象能夠減弱，但電解液有氣泡冒出，電解液較為渾濁。

表1 電解液密度及電解單槽槽壓統(tǒng)計(jì)表

2 影響電解液純凈度的因素

電解液純凈度主要指電解過程中電解液透亮無渾濁現(xiàn)象，陽極泥隨著電解液循環(huán)運(yùn)動逐步沉降進(jìn)入槽底。電解液純凈度是保障陰極銅質(zhì)量的最基礎(chǔ)條件，潔凈的電解液是穩(wěn)定電解過程中銅離子運(yùn)動軌跡以及雜質(zhì)沉降進(jìn)入陽極泥的前提，為此，分析導(dǎo)致電解液渾濁的因素是保證電解液純凈度的關(guān)鍵。

2.1 電解液過濾量

電解液過濾是通過壓濾機(jī)將電解液中陽極泥等雜質(zhì)顆粒過濾出來，保障電解液懸浮顆粒滿足電解生產(chǎn)。電解液過濾通過兩種途徑完成：一方面，在電解液循環(huán)系統(tǒng)安裝壓濾機(jī)，電解液循環(huán)過程中過濾部分陽極泥懸浮物，這種途徑過濾電解液是在全天候狀態(tài)下運(yùn)行，為此，設(shè)備完好狀況直接影響電解液過濾量；另一方面，在電解出裝作業(yè)過程中，通過拔堵放液使電解液進(jìn)入陽極泥池，通過陽極泥壓濾機(jī)以及事故儲槽壓濾機(jī)對電解液進(jìn)行過濾，保證純凈的電解液返回循環(huán)系統(tǒng)，這種途徑過濾電解液只在出裝作業(yè)過程中進(jìn)行。電解液純凈度直接由電解液中含有的懸浮物多少體現(xiàn)，良好潔凈度的電解液對保障陰極銅質(zhì)量至關(guān)重要，為此，電解液過濾效果直接影響電解液純凈度。實(shí)踐表明，電解液中懸浮物質(zhì)量濃度低于20～30 mg/L，有利于高純陰極銅的正常生產(chǎn)。電解二系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置兩臺壓濾機(jī)，生產(chǎn)過程中，電解液循環(huán)量為11 000 m3，過濾量約為循環(huán)量的30%左右，基本滿足過濾要求。

2.2 電解液含氣量

電解液攜帶的氣體在循環(huán)過程中不能得到排出，在電解過程中，一方面容易攪渾電解液，延長陽極泥的沉降時(shí)間，使部分陽極泥在沉降的過程中吸附到陰極銅表面，增加陰極銅表面的黏附性陽極泥粒子。另一方面，電解液中空氣氣泡容易在陽極表面反應(yīng)生成氧化膜出現(xiàn)陽極鈍化現(xiàn)象，導(dǎo)致單槽槽壓升高。槽壓高，加快電解液中銅離子的運(yùn)動速率，改變銅離子的運(yùn)動軌跡，改變陰極銅的晶格狀態(tài)，增加其它雜質(zhì)吸附到陰極銅表面的機(jī)率。此外，電解液含氣嚴(yán)重的情況下直接在陰極銅表面生成氣孔，影響陰極銅質(zhì)量。

2.3 電解液漂浮陽極泥量

漂浮陽極泥主要是電解液中As、Sb、Bi含量升高，在電解過程中生成細(xì)小的SbAsO4及BiAsO4絮狀物。由于其很細(xì)并不易沉降，過濾系統(tǒng)很難將其除去，漂浮陽極泥的存在直接影響電解液純凈度，不僅在電解過程中容易在陰極沉積物晶體間毛細(xì)孔隙吸附造成陰極雜質(zhì)含量超標(biāo)，同時(shí)，黏附在陰極表面成為結(jié)晶中心最終導(dǎo)致陰極板面陽極泥粒子增多，影響陰極銅物理外觀質(zhì)量。電解液中As、Sb、Bi的來源主要是陽極板帶進(jìn)，電解二系統(tǒng)所使用的陽極板主要以外購雜銅陽極板居多，電解液As、Sb、Bi富集較快，導(dǎo)致電解液漂浮陽極泥的循環(huán)累積對陰極銅生產(chǎn)造成影響。

2.4 添加劑

銅電解精煉使用的添加劑通常有膠、硫脲、干酪素等，添加劑的使用能夠顯著提高陰極銅質(zhì)量，當(dāng)用量和條件配合適當(dāng)時(shí)，不僅能強(qiáng)有力的抑制銅粒子生長，細(xì)化結(jié)晶得到平滑均勻致密的陰極銅，而且陰極銅化學(xué)質(zhì)量也能得到提高，電耗等指標(biāo)得到降低。但假如添加量不合適，就會對電解液性質(zhì)產(chǎn)生影響，尤其是骨膠，其有用成分低，添加量大的情況下，膠在電解液中富集，增大了電解液的黏稠度，對陽極泥沉降效果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電解液純凈度惡化。

2.5 陽極板的化學(xué)成分

陽極板作為銅電解生產(chǎn)原料，是電解液雜質(zhì)及化學(xué)成分變化的主要來源。電解液純凈度主要受電解液中銅離子濃度以及As、Sb、Bi、Ni等雜質(zhì)元素的影響。電解液中Cu2+、Ni2+濃度高，直接反映出電解液比重增大，陽極泥沉降效果變差，同時(shí)，電解液Ni2+濃度高也會增大陽極鈍化的風(fēng)險(xiǎn)，對陰極銅生長質(zhì)量產(chǎn)生影響。電解液As、Sb、Bi雜質(zhì)元素含量高，電解液漂浮陽極泥增多，容易導(dǎo)致漂浮陽極泥吸附在陰極表面生成粒子，同時(shí)，As、Sb、Bi雜質(zhì)元素因其電位與銅接近，電解液出現(xiàn)濃差極化時(shí)容易在陰極電化析出影響陰極銅化學(xué)品質(zhì)。

3 改善電解液純凈度的措施

3.1 減少電解液含氣量

電解二系統(tǒng)的電解液是通過高位槽經(jīng)由分配器自流到生產(chǎn)電解槽內(nèi)，再由回液管線進(jìn)入低位槽，再由循環(huán)泵通過上液管線打至高位槽。電解液中空氣通常是在上液垂直管線和回液垂直管線上隨電解液循環(huán)帶入系統(tǒng)中。雖然上液管路是密封連接，但在管路法蘭連接部位很容易由于密封不嚴(yán)造成上液管處于負(fù)壓狀況，從而使電解液帶入一部分空氣。為避免進(jìn)氣情況發(fā)生，一般在上液垂直管線后水平段裝設(shè)閥門，在啟動循環(huán)前進(jìn)行上液管路氣密性檢查，在循環(huán)過程中調(diào)整電解液循環(huán)量采用水平段閥門予以調(diào)整，這樣隨時(shí)保持上液管路處于正壓狀態(tài)，避免空氣進(jìn)入電解液。

電解槽面回液管口處于敞開方式，在電解液自流回液過程中不可避免將空氣帶入電解液，這部分氣體是導(dǎo)致電解液渾濁的主要來源，為此需要采取措施將氣體排除。

在高低位槽中加設(shè)沉泥隔板和導(dǎo)流溢氣板，把高低位槽分為進(jìn)液池和出液池，電解液通過導(dǎo)流溢氣板進(jìn)入出液池。同時(shí)密封高低位槽，加裝負(fù)壓風(fēng)機(jī)，保持高低位槽處于負(fù)壓狀態(tài)（如下頁圖1所示）。

高低位槽進(jìn)行這樣的完善后起到作用是：使電解液過渡到出液池，不形成落差，避免產(chǎn)生含氣液體；使電解液不直接下沉，避免含氣液體進(jìn)入出液口；電解液所含氣體可以在導(dǎo)流板予以釋放［1］；高低位槽液面上空形成負(fù)壓，更有利于導(dǎo)流板液體釋放氣體；沉泥隔板有利于電解液所含陽極泥顆粒沉降。

高低位槽改動沉泥隔板和導(dǎo)流溢氣板后，電解液含氣現(xiàn)象明顯改善，不僅緩解了陽極鈍化現(xiàn)象，單槽槽壓得到降低，改善了陰極銅生長條件，更主要的是電解液在槽內(nèi)循環(huán)過程中陽極泥更容易沉降落入槽底，電解液純凈度得到明顯改觀，有效遏制了陽極泥粒子在陰極銅板面的生長。

圖1 高位槽示意圖

3.2 調(diào)整電解液成分

調(diào)整電解液成分，一方面控制電解液銅離子質(zhì)量濃度，使其穩(wěn)定在（42±2）g/L，通過控制銅離子濃度，不僅保持電解液不產(chǎn)生濃差極化，避免出現(xiàn)電化析出貧化情形，同時(shí)，保持電解液較為理想的比重范圍，利于陽極泥沉降，為有效提高電解液純凈度創(chuàng)造條件。

另一方面，控制電解液氯離子濃度，在電解液As、Sb、Bi雜質(zhì)含量較高的情況下，控制較高的氯離子濃度，不僅起到去極化作用，使因Bi造成的陽極鈍化膜活化，弱化陽極鈍化現(xiàn)象；同時(shí)，促進(jìn)As、Sb、Bi聚合沉淀，使其形成氯化物沉淀（As、Sb、Bi）OCl［2］，減少漂浮陽極泥量，從而改善電解液純凈度。

第三，加強(qiáng)凈液脫雜功能，尤其是強(qiáng)化凈液二段誘導(dǎo)脫雜以及硫酸鎳生產(chǎn)作業(yè)，盡力脫除電解液所含As、Sb、Bi及Ni等雜質(zhì)，降低雜質(zhì)行為對電解液純凈度的影響。調(diào)整后的電解液成分如為表2所示。

表2 電解液成分統(tǒng)計(jì)表 g/L

3.3 替換添加劑

添加劑中膠的種類較多，普遍銅電解使用的膠主要是骨膠和明膠，該廠電解系統(tǒng)一直使用骨膠作為添加劑，生產(chǎn)中骨膠單耗一直居高不下，單耗達(dá)到120～150 g/t陰極銅，較高的骨膠使用量使沉于槽底或分解后滯留在電解液中的膠量增多，增加了電解液黏稠度，生產(chǎn)成本高［3］。2015年，改用明膠替代骨膠作為添加劑，使用后，明膠單耗明顯降低，單耗為50～60 g/t陰極銅。與明膠配合使用的硫脲單耗也得到了降低。添加劑使用量的減少，改善了電解液黏稠度，更有利于陽極泥沉降，對電解液純凈度以及陰極銅質(zhì)量都有一定程度的改觀。

3.4 強(qiáng)化陽極板入槽管理

由于陽極板入槽前需要稀酸泡洗，使表面氧化亞銅在硫酸溶液中除掉，需要加強(qiáng)陽極板沖洗，把陽極板面銅粉沖洗干凈，確保陽極板入槽后銅粉進(jìn)入電解液影響純凈度。加強(qiáng)出裝作業(yè)電解槽清洗工作，要將槽內(nèi)陽極泥沖洗干凈，橫電時(shí)間要充足，確保電解液通電后槽內(nèi)陽極泥沉降以及電解液無渾濁現(xiàn)象，避免陽極泥黏附陰極表面生成粒子影響陰極銅質(zhì)量。

3.5 加大電解液過濾量

減少電解液懸浮物主要通過壓濾機(jī)實(shí)現(xiàn)，保障較大的電解液過濾量是保持電解液純凈度的直接手段。電解二系統(tǒng)生產(chǎn)壓濾機(jī)在運(yùn)行正常的情況下，能夠確保電解液循環(huán)量的30%予以過濾凈化，為進(jìn)一步改善電解液過濾效果，在電解液回液過程中抽出部分電解液返回陽極泥池，電解液經(jīng)過陽極泥壓濾機(jī)以及事故壓濾機(jī)過濾后進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，這樣，電解液過濾量提高到34%左右，改善了電解液純凈度。

4 結(jié)語

電解液作為銅電解生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件之一，保障純凈度達(dá)標(biāo)是生產(chǎn)高質(zhì)量陰極銅的前提，電解液過濾量、電解液含氣、添加劑以及操作管理都不同程度對電解液純凈度帶來影響，有效的解決外部影響因素，保障基礎(chǔ)條件的穩(wěn)定，陰極銅質(zhì)量才能得到保證。侯馬北銅公司在檢修期間對循環(huán)系統(tǒng)以及電解液成分進(jìn)行了改造和調(diào)整，陰極銅質(zhì)量得以穩(wěn)定，消除了產(chǎn)品質(zhì)量波動對品牌造成的影響。

［1］ 張志國.銅電解高位槽工藝設(shè)計(jì)的探討［J］.安徽冶金，2002（2）：48-50.

［2］ 魯紹俠.銅電解過程添加劑的作用及機(jī)理探討［J］.有色金屬（冶煉部分），1984（3）：4-6.

［3］ 馬朝慶.添加劑在銅電解精煉中的作用及應(yīng)用［J］.礦冶工程，1999（4）：46-48.

（編輯：張偉）Discussion on the Electrolyte Purity Impact on the Quality of Cathode Copper

Che Jiacai
（Houma North Copper Industry Co.，Ltd.，Houma Shanxi 04300）

This paper expounds the effects of copper electrolyte purity on the quality of cathode copper，analyzes the main reasons influencing electrolyte purity，and sums up the main measures to improve purity of electrolyte in the production practice.Through the improvement of purity，the quality of cathode copper is stabilized and the impact of product quality fluctuation on brand is eliminated.

electrolyte，purity，copper cathode，quality，filtering quantity

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.15

TF811

A

1672-1152（2015）06-0042-03

2015-09-23

車駕才（1974—），男，侯馬北銅銅業(yè)有限公司電解車間主任，冶煉工程師。E-mail：hmylcyr@163.com