非標(biāo)陽(yáng)極板直接電解生產(chǎn)實(shí)踐

項(xiàng) 超，程貴桃

（江西銅業(yè)（清遠(yuǎn)）有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511545）

江西銅業(yè)（清遠(yuǎn)）有限公司是以廢雜銅為原料生產(chǎn)陰極銅的生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)陰極銅10萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)原料品位為94%的紫雜銅，電解工序采用大極板長(zhǎng)周期生產(chǎn)。近幾年，受市場(chǎng)和各種因素影響，廢雜銅冶煉市場(chǎng)加工費(fèi)倒掛，投產(chǎn)以來(lái)一直處于虧損狀態(tài)。為徹底扭轉(zhuǎn)虧損局面，公司一方面加大低品位高附加值原料的采購(gòu)量，一方面外購(gòu)一批陽(yáng)極板以彌補(bǔ)陽(yáng)極板自給缺口以確保陰極銅產(chǎn)量。

1 參數(shù)對(duì)比

經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調(diào)研，公司找到一批進(jìn)口粗銅，其外觀類(lèi)似自產(chǎn)陽(yáng)極板，主品位在98.5%～99.2%，含鎳0.3%～0.4%，含砷則只有0.01%，其他雜質(zhì)與自產(chǎn)陽(yáng)極板相當(dāng)，我們稱(chēng)之為非標(biāo)陽(yáng)極板。參數(shù)對(duì)比如表1。

表1 自產(chǎn)陽(yáng)極板和非標(biāo)陽(yáng)極板對(duì)比

由于非標(biāo)陽(yáng)極板外觀類(lèi)似自產(chǎn)陽(yáng)極板，但采購(gòu)價(jià)格卻以粗銅計(jì)，如能實(shí)現(xiàn)直接裝槽批量生產(chǎn)，將帶來(lái)非?？捎^的收益。通過(guò)小規(guī)模人工裝槽試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)全周期精心維護(hù)，產(chǎn)出的陰極銅達(dá)A級(jí)銅標(biāo)準(zhǔn)比例的有85%以上，具有較大的經(jīng)濟(jì)可行性。但要實(shí)現(xiàn)直接裝槽量產(chǎn)，必須依靠自動(dòng)化。

2 批量生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 生產(chǎn)工藝參數(shù)

我廠陰極銅的生產(chǎn)采用的是傳統(tǒng)電解生產(chǎn)工藝，共有456個(gè)生產(chǎn)電解槽，每槽47塊陽(yáng)極，48塊陰極，同極距105mm，陰極周期12天，陽(yáng)極周期24天，電流密度250A/㎡，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)共用一套整流器，電解液采用下進(jìn)上出方式，凈液系統(tǒng)配有一個(gè)三系列脫銅脫雜系統(tǒng)和一套三罐硫酸鎳生產(chǎn)系統(tǒng)。加工機(jī)組有陽(yáng)極加工機(jī)組、陰極加工機(jī)組、陰極銅加工機(jī)組、殘極機(jī)組及導(dǎo)電棒輸送機(jī)組，自動(dòng)化程度較高，適合批量自動(dòng)化生產(chǎn)[1]。

2.2 非標(biāo)陽(yáng)極板批量加工生產(chǎn)實(shí)踐

由于非標(biāo)陽(yáng)極板耳部較高，無(wú)法直接通過(guò)陽(yáng)極加工機(jī)組，通過(guò)用一木板仿制非標(biāo)陽(yáng)極板尺寸，通過(guò)模擬加工實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一系列加工機(jī)組和PLC控制程序的改進(jìn)，使非標(biāo)陽(yáng)極板批量進(jìn)入陽(yáng)極加工機(jī)組，順利實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)排距，為批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

2.3 非標(biāo)陽(yáng)極板電解行為分析

（1）物理特性分析。非標(biāo)陽(yáng)極板板面比自產(chǎn)陽(yáng)極板厚度多出15mm左右，導(dǎo)致電解時(shí)同極距僅有90mm，更易形成短路；耳部相比偏厚20mm，普通行車(chē)吊鉤難以起吊，短路難處理。經(jīng)對(duì)比，非標(biāo)陽(yáng)極板耳部重量是自產(chǎn)陽(yáng)極板的3倍以上[2]。

（2）雜質(zhì)行為分析。對(duì)比非標(biāo)陽(yáng)極板化學(xué)成分，其與自產(chǎn)陽(yáng)極板最大區(qū)別在于含鎳較高，含砷過(guò)低。鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.25V，而銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為+0.34V，兩者電位相差極大，故在電解過(guò)程中，鎳主要以Ni2+形式溶于電解液中，而極小部分部分鎳則與粗銅中的氧結(jié)合生成NiO，NiO不溶于電解液，在陰極表面生成一層致密的片狀粒子，造成陽(yáng)極“鈍化”，使陽(yáng)極電位、槽電壓升高，降低電流效率。還有更小部分鎳與粗銅中的砷、銻結(jié)合生成溶解于銅中的鎳云母（（6Cu2O·8NiO·2As2O3、6Cu2O·8NiO·2Sb2O3）），它同樣在陽(yáng)極上生成一層致密的但導(dǎo)電性差的薄膜，導(dǎo)致陽(yáng)極“鈍化”和槽電壓升高。但鎳屬于價(jià)值較高的金屬，可回收以提升經(jīng)濟(jì)效益[3]。

在銅陽(yáng)極電解過(guò)程中，砷的標(biāo)準(zhǔn)電位僅次于銅，然而在通常的銅電解精煉條件下，不會(huì)在陰極上電化學(xué)析出。只有在當(dāng)電流密度大于300A/m2，銅離子濃度降低和電解液循環(huán)不良時(shí)，才有可能發(fā)生，影響陰極銅純度。

但同時(shí)更多的研究表明，砷在銅電解過(guò)程中是有益的。尤其對(duì)銻、鉍引起的有關(guān)問(wèn)題，砷可起到緩解作用。大多數(shù)冶煉廠保持陽(yáng)極板內(nèi)As/（Sb+Bi）比大于2。低As/（Sb+Bi）比對(duì)陽(yáng)極板電解的影響如下：①浮泥增加、陰極頂部結(jié)瘤，陰極表面質(zhì)量下降、循環(huán)縮短、電流效率降低；②陽(yáng)極泥更薄、更密、裂紋少，更有韌性，在清洗過(guò)程中更易粘附、陽(yáng)極鈍化、氣體揮發(fā)更明顯。

2.4 非標(biāo)陽(yáng)極板直接電解攻關(guān)措施

針對(duì)上述分析，通過(guò)采取以下措施，使非標(biāo)陽(yáng)極板電解產(chǎn)出的陰極銅全部達(dá)到了A級(jí)銅標(biāo)準(zhǔn)，電流效率也接近自產(chǎn)陽(yáng)極板。

①進(jìn)一步改造陽(yáng)極加工機(jī)組，使其實(shí)現(xiàn)普通排距和中間間隔一塊排距兩種模式，將非標(biāo)陽(yáng)極板與自產(chǎn)陽(yáng)極板1∶1交叉混裝排距入槽，加大了同極距，解決了行車(chē)起吊陽(yáng)極困難問(wèn)題，同時(shí)使混裝槽組的陽(yáng)極中As/（Sb+Bi）比≮2。②調(diào)整陰極周期至10天，陽(yáng)極周期20天，同時(shí)將自產(chǎn)陽(yáng)極板單重下調(diào)，使其板面重量與非標(biāo)陽(yáng)極板的一致（除耳部），實(shí)現(xiàn)重量匹配。③改進(jìn)行車(chē)陰極吊鉤，將陰極吊鉤間距加大6mm，解決陰極吊鉤無(wú)法直接起吊陰極問(wèn)題；研制旋轉(zhuǎn)短路處理器，提高處理短路效率。④控制非標(biāo)陽(yáng)極板與自產(chǎn)陽(yáng)極裝槽比例在0.2左右，以控制鎳在電解液中的濃度。⑤適當(dāng)加大電解液循環(huán)量，提高電解液懸浮雜質(zhì)的處理速率；加大電解液凈化量，控制電解液銅濃度在40g/L-42g/L，加大電解液脫鎳能力，使電解液鎳濃度控制在30g/L以下。⑥嚴(yán)格控制電解液溫度在60℃左右，電流密度控制在250A/㎡，適當(dāng)增加鹽酸，減少骨膠使用量，以利于雜質(zhì)沉淀。

通過(guò)上述改進(jìn)措施，起得了極大的效果，相比整槽全裝非標(biāo)陽(yáng)極板，作業(yè)率提高了5個(gè)百分點(diǎn)，電流效率翻番，接近自產(chǎn)陽(yáng)極板，去除耳部因素影響，殘極率僅略高于自產(chǎn)陽(yáng)極板，實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)陽(yáng)極板電解生產(chǎn)效率最大化。該生產(chǎn)方式屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，通過(guò)成功攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，成功地抓住了該進(jìn)口粗銅（非標(biāo)陽(yáng)極板）的采購(gòu)話語(yǔ)權(quán)。

3 生產(chǎn)效益分析

通過(guò)等比混裝非標(biāo)陽(yáng)極板直接電解，2016年全年實(shí)現(xiàn)批量電解1.75萬(wàn)噸非標(biāo)陽(yáng)極板，產(chǎn)出的陰極銅99%以上達(dá)到A級(jí)銅標(biāo)準(zhǔn)，全部改造投入僅20萬(wàn)元不到，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益600余萬(wàn)元，全年增加硫酸鎳產(chǎn)量350噸。

非標(biāo)陽(yáng)極板的直接電解成功，是我廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)冶煉的一大重要舉措，為我廠實(shí)現(xiàn)盈利發(fā)揮了重要的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

①高鎳低砷的非標(biāo)陽(yáng)極板只要技術(shù)條件控制得當(dāng)，完全可以產(chǎn)出合格的A級(jí)銅。②加大電解液循環(huán)量，提高電解液提取硫酸鎳能力，對(duì)凈化電解液很重要。③控制略低的電解液含銅量有助于非標(biāo)陽(yáng)極板電解時(shí)Cu2+的析出。