優(yōu)化作業(yè)方式提高始極片質(zhì)量

徐 洋

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

某廠電解車間采用傳統(tǒng)法電解生產(chǎn)工藝，種板工序?yàn)樯a(chǎn)電解槽提供始極片，系統(tǒng)有7組共74個(gè)種板電解槽。生產(chǎn)過程中使用鈦母板作為陰極，鈦板經(jīng)打磨包邊后裝入種板槽內(nèi)通電22.5～23h后出槽。出槽時(shí)鈦板經(jīng)高溫泡洗并人工剝下銅片，銅片經(jīng)機(jī)組加工后制作成始極片供生產(chǎn)系統(tǒng)使用。種板工序設(shè)有一套單獨(dú)的循環(huán)系統(tǒng)，每天分上、下午進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)上午與下午產(chǎn)出的始極片在質(zhì)量上有明顯差異，下午生產(chǎn)的始極片質(zhì)量明顯優(yōu)于上午，這給機(jī)組加工工序帶來不良影響。為了獲得質(zhì)量更加穩(wěn)定的始極片，我們對種板系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，并做了一些技術(shù)改進(jìn)，上述問題得到改善。

通過現(xiàn)場調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)上午和下午的始極片結(jié)晶質(zhì)量存在明顯區(qū)別。上午始極片結(jié)晶顆粒較粗，表面粗糙，用強(qiáng)光手電從側(cè)面照射表面會(huì)出現(xiàn)密密麻麻的“亮點(diǎn)”，下午始極片則結(jié)晶顆粒細(xì)膩，表面平整光滑，上午始極片表面結(jié)晶狀況如圖1所示，下午始極片表面結(jié)晶狀況如圖2所示。

圖1 上午始極片表面結(jié)晶狀況

圖2 下午始極片表面結(jié)晶狀況

為了獲得良好的機(jī)組加工質(zhì)量，要求始極片應(yīng)具有一定韌性，軟硬適中。實(shí)踐表明始極片的硬度與添加劑的加入量以及其本身的結(jié)晶質(zhì)量有著較大聯(lián)系。添加劑主要是表面活性物質(zhì)，具有強(qiáng)烈的吸附性，它能吸附在陰極銅表面，它們有部分進(jìn)入陰極銅，增加陰極銅硬度［1］；另一方面，當(dāng)銅陰極沉積物結(jié)晶顆粒粗大時(shí)，晶體之間的聯(lián)系松弛，間隙較大，表面結(jié)晶粗糙，則陰極銅硬度較小。相反，當(dāng)結(jié)晶顆粒細(xì)小時(shí)，晶體之間聯(lián)系緊密，間隙較小，表面結(jié)晶細(xì)膩，陰極銅硬度大［2］。

使用洛氏硬度計(jì)對始極片進(jìn)行硬度測量，每組隨機(jī)抽取5張，測量結(jié)果見表1。上午生產(chǎn)的始極片平均硬度63.8，下午始極片平均硬度66.8，在生產(chǎn)實(shí)踐中上午生產(chǎn)的始極片由于硬度偏小，片子韌性較差，影響機(jī)組加工質(zhì)量。

表1 改進(jìn)前始極片硬度

2 影響因素分析

2.1 電解液體積

銅電解精煉實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，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)體系的平衡，最終影響電銅質(zhì)量［3］。電解液總體積控制的目的就是是為了調(diào)控電解液中Cu2+、H2SO4、添加劑等成分穩(wěn)定［4］，給電化學(xué)反應(yīng)提供良好的電解液環(huán)境基礎(chǔ)［5］。

電解液中銅離子的濃度對陰極表面質(zhì)量有較大影響，含銅過低，陰極銅析出疏松易長粒子；含銅過高，陰極銅的結(jié)晶粗糙，增大電解液的密度和粘度［6］。生產(chǎn)過程中為保持電解液成分穩(wěn)定，通過補(bǔ)水維持各儲液罐的液位恒定。由于種板系統(tǒng)電解液總體積較小，對種板體積波動(dòng)值的控制參數(shù)為±1m3。當(dāng)體積波動(dòng)較大時(shí)，電解液銅、酸平衡遭到破壞，影響始極片質(zhì)量。造成電解液體積波動(dòng)的因素包括出裝槽作業(yè)、電解液的水分蒸發(fā)、與凈液工序之間的倒返液等。通過分析發(fā)現(xiàn)，出裝槽作業(yè)是造成種板工序電解液體積波動(dòng)大的主要原因，具體表現(xiàn)的以下兩個(gè)方面。

（1）作業(yè)量。

種板工序作業(yè)量為上午44槽，下午30槽。剝離銅片會(huì)造成體積損失，通過計(jì)算得知?jiǎng)冸x一槽始極片造成的體積損失為0.08 m3，則上午體積損失3.52 m3，下午體積損失2.40m3。

（2）更換新陽極計(jì)劃。

種板工序?qū)﹄娊庖杭儍舳纫蟾?，不僅是電解液化學(xué)成分雜質(zhì)含量要求少，更主要的是電解液中物理夾帶顆粒狀物質(zhì)要求盡可能的少［7］。為確保電解液的純凈度高，種板工序更換新陽極時(shí)，將電解槽上層較為干凈的上清液回收進(jìn)入種板電解液系統(tǒng)，而電解槽底層較為渾濁的陽極泥液則直接開路導(dǎo)進(jìn)電解銅生產(chǎn)系統(tǒng)，造成種板工序電解液損失，其中，單個(gè)電解槽底層陽極泥液約1.50 m3。損失的電解液不僅影響種板系統(tǒng)總體積控制，同時(shí)會(huì)損失添加劑、銅、酸等有效成分，導(dǎo)致電解液成分的波動(dòng)，給生產(chǎn)帶來負(fù)面影響。按種板工序每天更換4槽新陽極，經(jīng)常出現(xiàn)上午更換3槽新陽極，下午更換一槽的情況，則上午電解液損失4.50 m3，下午電解液損失1.50 m3。

上午體積波動(dòng)△V1：△V1=3.52+4.50=8.02 m3

下午體積波動(dòng)△V2：△V2=2.40+1.50=3.90 m3

由此可見，△V1較△V2大，則在現(xiàn)有的作業(yè)方式下，上午與下午電解液總體積波動(dòng)相差較大，電解液成分不穩(wěn)定，影響始極片質(zhì)量。

2.2 添加劑

實(shí)踐表明加入適量添加劑是獲得結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、氣體及其他有害雜質(zhì)含量少的優(yōu)質(zhì)陰極銅的有效措施之一［8］。種板工序有7組電解槽，作業(yè)時(shí)按1～7組的順序連續(xù)作業(yè)，添加劑24小時(shí)均勻穩(wěn)定地加入，加入量是按74槽全部通電設(shè)定。這就意味著作業(yè)期間同時(shí)停電槽數(shù)越多，添加劑的加入量與通電槽數(shù)越不匹配，對始極片質(zhì)量影響就越大?，F(xiàn)有的7組生產(chǎn)槽，每組的電解槽個(gè)數(shù)都不盡相同，種板電解槽分布見圖3。

圖3 種板電解槽分布

由于作業(yè)過程中往往存在兩組都處于停電狀態(tài)的情況，則現(xiàn)有的作業(yè)順序使得在上午作業(yè)期間，當(dāng)槽數(shù)最多的1組與2組都停電時(shí)，停電槽數(shù)為28槽，占總槽數(shù)的37.8%。同時(shí)停電槽數(shù)過多，通電槽數(shù)與添加劑加入量嚴(yán)重不匹配，影響始極片質(zhì)量。

3 改進(jìn)方法

3.1 更換新陽極計(jì)劃

通過作業(yè)量調(diào)整，將上、下午作業(yè)量分別調(diào)整為40槽和34槽。重新制定更換陽極計(jì)劃，將單日更換新陽極數(shù)量盡量控制在上午、下午差量最小，則改進(jìn)后上午體積波動(dòng)為：

上午體積波動(dòng)△V3：△V3=40×0.08+2×1.50=6.20 m3

下午體積波動(dòng)△V4：△V4=34×0.08+2×1.50=5.72 m3

通過改進(jìn)，上午與下午因出裝槽作業(yè)造成的體積波動(dòng)相對平穩(wěn)。

3.2 改變出裝槽作業(yè)順序

為了緩解作業(yè)過程中出現(xiàn)的添加劑加入量與通電槽數(shù)不匹配的問題，對種板各組的作業(yè)順序進(jìn)行了調(diào)整。將5組與2組的出槽順序進(jìn)行調(diào)換，作業(yè)順序由原來的1-7組依次作業(yè)改為1-5-3-4-2-6-7的作業(yè)順序。這樣槽數(shù)最多的1組和2組就均勻分配在上午和下午作業(yè)，使得作業(yè)過程中最多同時(shí)停電槽數(shù)由28槽縮減為24槽，有效緩解了添加劑的加入了與通電槽數(shù)不匹配的問題，改善了始極片質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化后效果

（1） 對種板電解液銅酸濃度波動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示，其中1-6月為改進(jìn)前數(shù)據(jù)，7-10月為改進(jìn)后數(shù)據(jù)。改進(jìn)后銅濃度單日波動(dòng)值由改進(jìn)前的1.24g/L降為1.06g/L，酸濃度單日波動(dòng)值由2.41g/L降為1.94g/L。通過改進(jìn)銅酸濃度波動(dòng)相對平穩(wěn)，更有利于電解液成分的穩(wěn)定控制。

表2 種板電解液銅酸濃度單日波動(dòng)值月平均 g/L

（2）上午始極片表面結(jié)晶狀況有了較大改善，表面“亮點(diǎn)”明顯減少，結(jié)晶細(xì)膩，板面光滑，改進(jìn)前后上午始極片表面結(jié)晶狀況如圖4、圖5所示。

圖4 改進(jìn)前上午始極片表面結(jié)晶狀況

圖5 改進(jìn)后上午始極片表面結(jié)晶狀況

（3）始極片硬度波動(dòng)趨于平穩(wěn)，每組隨機(jī)抽取5張始極片進(jìn)行測量，結(jié)果見表3。從表3中可以看出改進(jìn)后的始極片硬度波動(dòng)較小，同時(shí)，結(jié)合表1可知上午始極片硬度明顯上升，由改進(jìn)前的63.8上升為改進(jìn)后的65.8。上午與下午生產(chǎn)的始極片均具有較好的韌性，完全滿足機(jī)組加工要求。

由于始極片質(zhì)量穩(wěn)定，廢片率有所降低，現(xiàn)在僅開動(dòng)70槽就能滿足生產(chǎn)需求，比原計(jì)劃少開了4槽，不僅節(jié)約了種板系統(tǒng)生產(chǎn)成本也進(jìn)一步降低了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)負(fù)荷。

4 結(jié)語

種板系統(tǒng)通電時(shí)間短、電解液體積小，只有將作業(yè)過程中各項(xiàng)操作精化細(xì)化，維持系統(tǒng)平穩(wěn)，才能獲得質(zhì)量穩(wěn)定的合格始極片。通過本次技術(shù)改進(jìn)，種板系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，始極片質(zhì)量得到改善，這對于滿足下道工序機(jī)組的加工要求和提高陰極銅質(zhì)量都是十分有效的。