關(guān)于電積沉銅過(guò)程中如何提高陰極銅質(zhì)量研究

孫雪影　馬永順

一、電積沉銅工藝簡(jiǎn)介

氧化銅精礦通過(guò)硫酸浸出后，得到的CuSO4浸出液經(jīng)過(guò)洗滌凈化、萃取提純和反萃等操作，得到潔凈的含Cu2+在40-50g/L的CuSO4料液。將合格的CuSO4料液通入電解槽內(nèi)，陽(yáng)極采用Pb-Sn合金板或Pb-Sn-Ca合金板，陰極采用不銹鋼或純銅始極片，向電解槽內(nèi)通入2V左右的直流電流，CuSO4料液中的銅離子就會(huì)在陰極還原成為金屬銅，陽(yáng)極在電解時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的通電生產(chǎn)就會(huì)在陰極得到產(chǎn)品陰極銅（電積銅）。對(duì)陰極銅，除了要求化學(xué)品位符合標(biāo)準(zhǔn)外，還要求有好的物理規(guī)格，即要求結(jié)晶均勻致密，表面光潔。因?yàn)榻Y(jié)晶粗糙的表面，會(huì)使許多雜質(zhì)機(jī)械地夾雜在金屬中，影響它的質(zhì)量，而且表面容易被氧化。

電積沉銅過(guò)程的實(shí)質(zhì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，在這個(gè)平衡體系中，任何一道工序的失調(diào)都將打破這個(gè)平衡體系的平衡，最終影響陰極銅的質(zhì)量。因此，想提高陰極銅質(zhì)量就要從影響陰極銅質(zhì)量的因素入手，本論文重在研究影響陰極銅質(zhì)量的因素，從而來(lái)提高陰極銅的質(zhì)量。

二、影響陰極銅質(zhì)量的因素

1.電流密度的影響

電流密度的表達(dá)式為：Dk=I/S，我們常說(shuō)的電流密度，一般指陰極電流密度，即單位陰極面積所流經(jīng)的電流安培數(shù)。

電積沉銅的實(shí)質(zhì)為一個(gè)電結(jié)晶過(guò)程，電結(jié)晶過(guò)程可分為兩步，第一步是晶核的形成；第二步是晶核的長(zhǎng)大。這兩個(gè)過(guò)程的速度決定著陰極銅結(jié)晶的粗細(xì)程度。如果晶核的生成速度較快，而晶核生成后的成長(zhǎng)速度較慢，則生成的晶核數(shù)目較多，晶粒較細(xì)。反之晶粒就較粗。也就是說(shuō)在電積沉銅過(guò)程中，當(dāng)晶核的生成速度大于晶核的成長(zhǎng)速度時(shí)，就能獲得結(jié)晶細(xì)致，排列緊密的陰極銅。電流密度的大小就影響著電結(jié)晶的兩個(gè)過(guò)程。

電流密度較低的條件下，已形成的晶核可以不斷均勻長(zhǎng)大，而新的結(jié)晶核則不易形成。所以，在低電流密度下易得到粗晶粒結(jié)晶。雖然結(jié)晶均勻，但卻不致密，陰極銅較軟。電流密度較高的條件下，已形成的結(jié)晶核長(zhǎng)大的速度就逐漸減慢而停止，促使形成新的結(jié)晶核，所以，高電流密度下，由于結(jié)晶核形成的速度較快，而易得到細(xì)晶粒的結(jié)晶。但過(guò)高的電流密度，將造成陰極附近電積液中Cu2+極度貧化。這時(shí)雖有利于形成結(jié)晶核，但卻無(wú)充足的Cu2+來(lái)使結(jié)晶核長(zhǎng)大。所以結(jié)晶雖然細(xì)小，但不致密，反而得到松軟的沉積物。同時(shí)，Cu2+的極度貧化，還將造成雜質(zhì)在陰極析出，進(jìn)一步惡化陰極銅的構(gòu)造，甚至得到海綿狀結(jié)晶。

因此，合適的電流密度對(duì)陰極銅的質(zhì)量影響非常大，河南某冶煉廠(chǎng)通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明，電積沉銅過(guò)程中電流密度控制在180～240A/m2可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

2.電積液的流通（循環(huán)量）

電積液的循環(huán)流通，可以使陰極附近的銅離子濃度均勻分布，消除陰陽(yáng)極間的濃差極化現(xiàn)象，同時(shí)可以使電積液的溫度均勻，不至于產(chǎn)生分層現(xiàn)象。如果不進(jìn)行循環(huán)流通，由于存在濃差極化現(xiàn)象，電積液就會(huì)分層，造成在電結(jié)晶過(guò)程中陰極沉積物結(jié)晶上下不均勻。實(shí)際生產(chǎn)中為提高生產(chǎn)率，在高電流密度下，只有采用大的循環(huán)速度，才有利于獲得細(xì)晶粒的結(jié)晶。在一般電流密度下，電積液循環(huán)也應(yīng)維持足夠的速度方能得到結(jié)晶致密的陰極銅。在低電流密度下，循環(huán)量可稍低。

河南某冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中CuSO4料液的循環(huán)量一般控制在40-70L/min，可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

3.電積液溫度的影響

電積液溫度直接影響著電積液的導(dǎo)電率和Cu2+在溶液中的擴(kuò)散速率。提高電積液溫度，能提高電積液的導(dǎo)電率，加速銅離子的擴(kuò)散，使陰極附近的Cu2+不發(fā)生貧化。高溫下易得到粗晶粒結(jié)晶，其沉積物較松軟。反之，則得到細(xì)晶粒的結(jié)晶。但溫度過(guò)低，就使電積液電阻增大。

某廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，一般控制電積液溫度在38-42℃，可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

4.電積液的酸度和銅離子的濃度

電積液中含游離H+的濃度即酸度，酸度是影響電結(jié)晶的極重要因素。生產(chǎn)實(shí)踐證明當(dāng)CuSO4料液中含酸低于160 g/L時(shí)，會(huì)使電積液電阻增大，槽電壓升高，不利于獲得細(xì)致結(jié)晶；但含酸過(guò)高，卻會(huì)使CuSO4結(jié)晶析出，也會(huì)造成槽電壓升高，也不利于獲得細(xì)致結(jié)晶。Cu2+的濃度，在電積液含銅低的情況下，易在陰極區(qū)產(chǎn)生貧化現(xiàn)象，有利于獲得細(xì)小結(jié)晶，但Cu2+濃度過(guò)低，卻又會(huì)使陰極區(qū)Cu2+過(guò)度貧化，尤其是在高電流密度下更為顯著，反而得不到致密的結(jié)晶。

河南某冶煉廠(chǎng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明電積液中含酸量控制在 160～200 g/L，含Cu2+量控制在35-45g/L時(shí)可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

5.添加劑的影響（指陰極添加劑）

在銅電積生產(chǎn)中，除了陰、陽(yáng)極板的質(zhì)量和電解液成分之外，添加劑的種類(lèi)、加入量以及加入方式等都是比較關(guān)鍵的問(wèn)題。添加劑的配合使用在很大程度上直接影響著陰極銅的質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)外常用的添加劑有：瓜爾膠、硫脲、鹽酸等。理論與實(shí)踐均已證明，為了使陰極銅表面光滑、平整、避免長(zhǎng)粒子，減少短路和電積液機(jī)械粘附在陰極上的可能性，除了嚴(yán)格控制各工序技術(shù)條件外，還應(yīng)添加適量的膠狀物質(zhì)和表面活性物質(zhì)，以改善陰極表面質(zhì)量。

河南某冶煉廠(chǎng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明：瓜爾膠作為陰極平滑劑，可以減少一些雜質(zhì)，如硫、鐵及鉛在陰極的夾帶等，加入量一般在100～120g/t.Cu，硫脲具有去極化作用，電積液中硫脲的濃度為5mg/L 時(shí)，可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

6.電積液中的雜質(zhì)含量

電積液中除H2SO4、CuSO4和少量添加劑外其余成分均為雜質(zhì)成分。電積液中的雜質(zhì)直接影響電流效率和陰極銅純度質(zhì)量。因此，電積液中雜質(zhì)含量越低越好。

河南某冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，電積液中主要雜質(zhì)：Fe<3.0g/L，Pb<0.8g/L，Bi<0.5g/L，Sb<0.3g/L，SiO2<0.5g/L時(shí)，可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

三、結(jié)論

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中想提高電積沉銅過(guò)程中陰極銅質(zhì)量，就要從電積過(guò)程中控制的電流密度、電積液的流通（循環(huán)量）、電積液溫度、電積液的酸度和銅離子的濃度、添加劑加入量（指陰極添加劑）和電積液中的雜質(zhì)含量等因素入手。

由理論和生產(chǎn)實(shí)踐可知：

（1）電流密度控制在180～240A/m2；

（2）CuSO4料液的循環(huán)量一般控制在40-70L/min；

（3）電積液溫度在38-42℃；

（4）含酸量控制在 160～200 g/L，含Cu2+量控制在35-45g/L；

（5）瓜爾膠加入量一般在100～120g/t.Cu，硫脲的濃度為5mg/L ；6、主要雜質(zhì)含量：Fe<3.0g/L，Pb<0.8g/L，Bi<0.5g/L，Sb<0.3g/L，SiO2<0.5g/L時(shí)，可得到高質(zhì)量的陰極銅質(zhì)量。