提高銅電解陰極銅質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

（北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠，山西 運(yùn)城 043700）

目前，陰極銅質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《陰極銅國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T467-2010》，不僅對化學(xué)品質(zhì)主品位以及雜質(zhì)含量有嚴(yán)格要求，對表面質(zhì)量也有明確要求：①陰極銅表面應(yīng)潔凈，無污泥、油污、電解殘?jiān)韧鈦黼s物。②陰極銅表面(包括吊耳部分)，綠色附著物總面積不大于單面面積的1%。③因潮濕空氣的作用，使陰極銅表面氧化而生成一層暗綠色者不作廢品。④陰極銅表面及邊緣不得有呈花瓣?duì)罨驑渲畹慕Y(jié)粒（允許修整）。⑤陰極銅表面高5mm以上圓頭密集結(jié)粒的總面積不得大于單面面積的10%（允許修整）。

北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠銅電解系統(tǒng)采用傳統(tǒng)始極片生產(chǎn)工藝。通過對陰極銅質(zhì)量分析，垣曲冶煉廠的陰極銅化學(xué)品質(zhì)98%以上可達(dá)到A級(jí)銅，但由于物理外觀原因，主要是表面粒子，部分產(chǎn)品只能降低等級(jí)銷售，A級(jí)銅的合格率只有92%左右。由于A級(jí)銅和1號(hào)銅、2號(hào)銅存在銷售價(jià)差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，可以明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)狀

根據(jù)對2014年至2017年的陰極銅統(tǒng)計(jì)，電解生產(chǎn)系統(tǒng)A級(jí)銅的產(chǎn)出率四年平均為92.36%，與先進(jìn)指標(biāo)相比存在一定差距。為分析影響A級(jí)銅產(chǎn)出率低的問題，對1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)銅進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)分析（見表1）。1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)銅中5%的銅是由于化學(xué)品質(zhì)不合格，95%的1號(hào)陰極銅化學(xué)品質(zhì)可以達(dá)到A級(jí)銅，但物理外觀達(dá)不到要求。影響陰極銅品質(zhì)的主要原因是物理外觀，物理外觀缺陷進(jìn)行了分類：一是陰極銅上沿粒子；二是陰極銅邊緣開花狀粒子；三是陰極銅板面粘附粒子；四是陰極銅表面紋理粗，結(jié)晶不致密；五是其它物理缺陷。

表1 陰極銅物理缺陷種類統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出，陰極銅表面上沿粒子、板面粘附粒子、表面紋理粗，結(jié)晶不致密占1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)銅93.6%。因此只要解決好陰極銅表面上沿粒子、板面粘附粒子和表面紋理粗、結(jié)晶不致密的問題，就能達(dá)到提高陰極銅質(zhì)量的目的。

2 陰極銅上產(chǎn)生粒子的原因分析和應(yīng)對措施

按照陰極銅上產(chǎn)生的粒子的部位，可以分為三大類，并研究相應(yīng)的解決措施：

2.1 上部粒子產(chǎn)生的原因

通過觀察，陰極銅上部粒子產(chǎn)生的主要原因是電解液雜質(zhì)含量高，形成難于沉降不易過濾的陽極泥，漂浮在電解液表面粘附于陰極銅上沿。漂浮陽極泥形成主要原因一是電解液中砷銻鉍含量超標(biāo)，當(dāng)電解液中砷銻鉍含量超標(biāo)時(shí)，易形成砷酸銻和砷酸鉍，比重較輕，漂浮在電解液的表面，易形成漂浮的陽極泥。二是電解液中溶解有氣體，當(dāng)氣體在低位槽和高位槽無法充分釋放時(shí)，造成氣體在電解槽內(nèi)釋放，對電解液起到了攪動(dòng)作用，不利于電解液中陽極泥的沉降，產(chǎn)生漂浮陽極泥。電解液中雜質(zhì)元素砷的含量偏高（約10g/L）。

采取措施：

（1）完善電解液循環(huán)系統(tǒng)。檢查分液包及出口管道的震動(dòng)，消除清液槽內(nèi)高位槽溢流管、凈化過濾機(jī)回液對電解液的翻騰，每天檢查循環(huán)泵機(jī)械密封及吸程法蘭接頭是否漏氣，避免空氣進(jìn)入電解液中影響陽極泥的沉降。

（2）減少提溜時(shí)間。將陰極銅提溜時(shí)間和二次提溜時(shí)間從24小時(shí)降低到16小時(shí)，既保證了耳部粘接強(qiáng)度，又終止了陰極銅上沿粒子的繼續(xù)生長。

（3）增加干酪素用量。將干酪素用量從13g/t.Cu增加到23g/t.Cu，干酪素能凝聚一部分膠，并將電解液中的懸浮細(xì)顆粒裹住，以增大體積和密度而沉降。

（4）要求緩慢配加軟（冷凝）水、濃硫酸，回收液及凈液返液經(jīng)過濾后緩慢配加，搞好電解液體積平衡。加大電解液過濾和凈液量，降低電解液中砷銻鉍含量。

2.2 邊緣開花狀粒子產(chǎn)生的原因

陰極銅邊緣開花狀粒子生成的原因主要有三點(diǎn)：①陰陽極對正質(zhì)量差，陰極銅板面電流分布不勻。②始極片裁剪尺寸過小，與陽極板尺寸不匹配。③提壓溜操作不規(guī)范或始極片耳攀過長，導(dǎo)致陰極銅生長過程中上沿一直在電解液中浸沒形成上沿開花。

采取的措施：

（1）作業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)化操作。裝陰極作業(yè)先指揮吊車對正再整槽陰極緩慢裝槽，發(fā)現(xiàn)有磕碰、彎角立即停車處理，保證陰陽極對正；電調(diào)作業(yè)人員逐槽驗(yàn)收檢查。

（2）嚴(yán)格檢查始極片質(zhì)量。規(guī)范始極片剪切尺寸，對于始極片耳攀過長、兩側(cè)邊緣的粒子等不合格陰極挑出報(bào)廢。

（3）統(tǒng)一電調(diào)作業(yè)人員提、壓溜操作時(shí)間，嚴(yán)格根據(jù)主控室記錄的送電時(shí)間和次日出銅時(shí)間進(jìn)行操作。

（4）嚴(yán)格捆銅作業(yè)人員陰極銅粒子的清理修復(fù)。

2.3 板面粒子產(chǎn)生的原因

板面粒子產(chǎn)生主要原因有三點(diǎn)：一是陰陽極垂直度，極距不勻?qū)е掳迕骐娏鞣植疾粍颉６请娊庖赫承源螅枠O泥沉降效果差；三是電解液純凈度差，顆粒物粘附于陰極銅板面產(chǎn)生粒子。

采取措施：

（1）提高始極片質(zhì)量。采用鈦種板拋光機(jī)組，加強(qiáng)鈦種板表面拋光質(zhì)量，提高始極片厚薄均勻的程度；始極片加工的垂直度變差及時(shí)調(diào)整壓棱工位；提高出裝作業(yè)人員責(zé)任心，保證陰陽極裝槽的垂直度。

（2）加強(qiáng)槽面管理。嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，盡早發(fā)現(xiàn)和處理陰、陽極間短路，在陰極電解的第二天和第三天，加大短路探測器的角度，用手錘校直部分陰極的垂直度。檢查處理陽極不導(dǎo)電和陰極“薄片”，盡可能使每片陰極導(dǎo)電均勻，把陰極板面長粒子消除在萌芽狀態(tài)。

（3）保障適當(dāng)?shù)膬粢毫俊Ｄ壳拔覐S凈液量約1000m3/月，根據(jù)電解液中的雜質(zhì)含量及時(shí)調(diào)整凈液量，使電解液中的雜質(zhì)成分控制在合理范圍。

（4）優(yōu)化的操作方法。在出裝陰陽極作業(yè)中，通過直接拔大堵過濾整槽電解液的方法，避免了吊出殘極時(shí)表面掉落的陽極泥混入循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)又增加了電解液的過濾量。控制電解液的溫度控制范圍63℃～65℃，降低電解液的粘度?？刂七m當(dāng)?shù)碾娊庖貉h(huán)量，在滿足電解液成分和熱量均勻的前提下，減小電解液的循環(huán)量有利于陽極泥沉降，循環(huán)量控制范圍24～25L/min。調(diào)整添加劑配伍，抑制板面粒子的形成，我廠添加劑范圍為骨膠：60℃～80g/t.Cu，硫脲：50～75g/t.Cu，干 酪 素13～23g/t.Cu，鹽 酸50～150mL/t.Cu。

2.4 其它物理缺陷

2.4.1 板面豎狀條紋產(chǎn)生原因

硫脲加入量偏大。陰極銅表面的條紋增粗，粒子增多，而且針狀、柱狀粒子多，陰極銅表面顏色發(fā)暗，缺乏金屬光澤，但基底仍很緊密。

2.4.2 針刺狀粒子產(chǎn)生原因

電解液中氯離子濃度過大，在陰極銅表面生長針狀粒子。

2.4.3 瘤狀粒子產(chǎn)生原因

陰極的垂直度差，局部陰、陽極間距離太近，使電流分布過大、電力線集中，長出密集圓粒子，繼續(xù)長大生成瘤狀粒子。

2.4.4 下部花瓣?duì)盍Ｗ赢a(chǎn)生原因

陽極泥附著在陰極表面產(chǎn)生開花狀的粒子，其中夾雜有陽極泥的黑色質(zhì)點(diǎn)。

3 取得的效果

針對影響陰極銅質(zhì)量的因素，我廠制定了嚴(yán)格的解決措施，通過嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化操作和精細(xì)化管理，陰極銅質(zhì)量得到明顯提升，統(tǒng)計(jì)2018年陰極銅質(zhì)量，A級(jí)銅的產(chǎn)出率達(dá)到96.8%，較2014年至2017年的4年平均值提高了4.4%，全年提質(zhì)增效約150余萬元。

4 結(jié)語

在銅電解精煉工藝中，影響陰極銅質(zhì)量的因素很多。為提高陰極銅質(zhì)量，首先要嚴(yán)格控制電解各工序技術(shù)條件，包括電解液成分、溫度、循環(huán)量、電流密度等，使銅電解工藝標(biāo)準(zhǔn)化；然后進(jìn)行添加劑加入量的調(diào)整，添加劑的作用是使陰極銅的電結(jié)晶結(jié)構(gòu)得到改善，結(jié)晶細(xì)化，減少和抑制陰極表面粒子。添加劑的加入量及配伍決不能隨意改變，必需在科學(xué)理論的指導(dǎo)下進(jìn)行。最后，保證電解液的潔凈度，加大電解液的過濾量，確保電解液的懸浮物控制在合理范圍內(nèi)。通過嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作過程，改善了陰極銅物理外觀，提高陰極銅A級(jí)銅的合格率，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。