提高高純電解銅產(chǎn)出率研究與實(shí)踐

唐文忠，張海濤

（銅陵金冠銅業(yè)公司，安徽 銅陵 244000，2.赤峰金劍銅業(yè)公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

在金昌冶煉廠的銅電解精煉工序中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些影響電解銅外觀質(zhì)量的現(xiàn)象，包括陰極銅表面出現(xiàn)粒子、氣孔等。有些批次的電解銅甚至?xí)霈F(xiàn)左右兩邊厚薄不均，相差較大，即為生產(chǎn)中所說的“偏缸銅”。還有電解銅一些上邊緣較厚，下邊緣很薄，即為“刀口銅”，導(dǎo)致產(chǎn)品物理規(guī)格的嚴(yán)重不符。本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐情況，對(duì)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析，尋找預(yù)防和控制的措施，并在生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)踐，以確保電解銅的外觀質(zhì)量和物理規(guī)格，提高電解高純銅的產(chǎn)出率。

1 成因分析

1.1 氣孔

在電解操作中，由于電解液中會(huì)溶解空氣，如果在電解進(jìn)行前，電解液的大量空氣未能及時(shí)排出，隨著溫度升高，電解液中的空氣會(huì)達(dá)到過飽和狀態(tài)，在電解進(jìn)行時(shí)，空氣逐漸析出，粘附在陰極上，聚集成氣泡，氣泡排開電解液，從而在電解回路上形成了一個(gè)絕緣點(diǎn)，由于絕緣點(diǎn)上沒有電流分布，因而也沒有銅析出；而在絕緣點(diǎn)周圍的陰極表面，銅正常析出，這樣，在該絕緣點(diǎn)處就逐漸形成坑狀氣孔。

通過長(zhǎng)時(shí)間的觀察分析，我們發(fā)現(xiàn)：電解液從電解槽回液管進(jìn)入低位槽過程中，存在較大落差，流速較大，形成沖擊，卷入空氣，當(dāng)電解液循環(huán)量較大時(shí)，其中的氣體來(lái)不及釋放，從而通過循環(huán)回路進(jìn)入電解槽內(nèi)。另外，酸泵和加熱器等因密封效果不好時(shí)，也會(huì)吸入一部分空氣。

1.2 粒子

銅電解精煉過程必須保持動(dòng)態(tài)平衡，在這個(gè)復(fù)雜的平衡體系中，任何一道工序失調(diào)都將打破體系的平衡，最終影響電銅質(zhì)量。陰極銅表面是否出現(xiàn)粒子是可以直觀反映陰極銅的質(zhì)量好壞，也是一項(xiàng)衡量電銅質(zhì)量的指標(biāo)，導(dǎo)致電解銅表面形成粒子的原因較多，主要有以下幾種情況：

1.2.1 陽(yáng)極泥附著

在銅電解過程中，陽(yáng)極泥的沉淀富集是回收陽(yáng)極銅中金銀等貴金屬的主要手段。但是，當(dāng)陽(yáng)極泥沉降效果不好時(shí)，就可能會(huì)少量吸附在陰極銅表面，影響電解電流的分布，使電解銅表面出現(xiàn)開花狀的粒子，同時(shí)，部分貴金屬也會(huì)隨著流失。該類粒子最基本的特征是與陰極銅板面接觸不牢固，易鏟除，且粒子大多數(shù)分布在電銅的下部。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐分析，陽(yáng)極泥附著陰極銅主要有以下幾方面因素：

（1）電解液循環(huán)速度過大，各處流量不均勻，易使電解液帶氣，會(huì)干擾陽(yáng)極泥的沉降方向。另外，我公司的電解液循環(huán)采用下進(jìn)上出方式，向上流動(dòng)的電解液也會(huì)阻礙陽(yáng)極泥的沉降，特別是循環(huán)量較大時(shí)，陽(yáng)極泥沉降變慢會(huì)比較顯著；

（2）槽溫較低，電解液溫度低時(shí)粘度和比重將會(huì)增大，也不利于陽(yáng)極泥沉降；

（3）漂浮陽(yáng)極泥的產(chǎn)生，當(dāng)陽(yáng)極板中砷、銻、鉍等雜質(zhì)含量超標(biāo)時(shí)，隨著電解的進(jìn)行，會(huì)逐漸富集，由于上述雜質(zhì)比重較小，易形成漂浮陽(yáng)極泥，不宜沉降，隨電解液的流動(dòng)會(huì)附著在陰極銅表面。

（4）陽(yáng)極板板面不平整，干擾了陽(yáng)極泥的垂直沉降的方向，增加了陽(yáng)極泥附著在陰極表面的幾率。

1.2.2 添加劑使用不當(dāng)

在銅電解生產(chǎn)中，添加劑是不可或缺的，會(huì)直接影響陰極銅的質(zhì)量。合理使用添加劑，可抑制電銅表面粒子的生成，使晶粒細(xì)小，電銅表面致密光滑。根據(jù)添加劑的作用機(jī)理，如果添加劑加入量不足，在較大電流密度下，電力線分布不均勻時(shí)，電銅表面會(huì)生成針刺狀粒子。隨著添加劑加入量增加，這種粒子會(huì)逐漸變小，甚至消失。當(dāng)添加劑加入量過大時(shí)，陰極銅表面也會(huì)生成圓頭狀粒子。如果添加劑加入過多，部分添加劑隨陰極銅析出，會(huì)使電銅發(fā)酥發(fā)脆，甚至影響其化學(xué)品位。

1.2.3 銅粉的吸附

電解生產(chǎn)伴隨著許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，在電解過程中，往往會(huì)生成少量不穩(wěn)定的一價(jià)銅離子，其活性很大，可以生成二價(jià)的銅離子和銅粉，陽(yáng)極板入槽前酸洗不徹底也會(huì)帶入一部分銅粉。銅粉大部分會(huì)沉降到槽底，進(jìn)入陽(yáng)極泥；但也會(huì)有少量懸浮于電解液中，吸附在陰極銅表面，形成晶核。根據(jù)金屬結(jié)晶原理，隨著二價(jià)銅離子遷移至陰極銅表面時(shí)，會(huì)優(yōu)先在銅粉形成的晶核處放電析出，最后在陰極銅表面形成銅顆粒，并且結(jié)合緊密，難以剔除。

1.3 偏缸銅

偏缸銅主要是由于陰陽(yáng)極板面排列不對(duì)稱，板面左右間距不相等，通電后，電力線分布不均勻，間距小的陰極板邊緣析出的銅晶體多，而間距大的陰極板邊緣析出的銅晶體小，造成陰極銅左右兩邊厚薄不均，影響電銅的物理規(guī)格，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐分析，主要有以下幾種原因：

（1）整缸操作不到位，導(dǎo)致陰陽(yáng)極板面不垂直、不對(duì)稱。

（2）檢查短路后，陰極沒有恢復(fù)到原來(lái)位置。

（3）電解槽自身不平，兩邊不對(duì)稱，導(dǎo)致放入的陽(yáng)極板和始極片存在傾斜現(xiàn)象。

（4）由于剪邊機(jī)和人員操作等原因，導(dǎo)致始極片剪邊不符要求，未能呈現(xiàn)規(guī)則的長(zhǎng)方形，而是近似菱形，導(dǎo)致陰陽(yáng)極不對(duì)稱。

1.4 刀口銅

刀口銅也是一種電銅偏缸現(xiàn)象，是指整個(gè)電銅板面呈現(xiàn)厚薄不均，類似刀口一樣，上邊緣較厚，下邊緣很薄，或者中間厚，上下邊緣都很薄。根據(jù)其產(chǎn)生的特質(zhì)和生產(chǎn)實(shí)踐分析，主要原因有：

（1）升降耳不到位：根據(jù)電解生產(chǎn)要求，在出銅前8-24小時(shí)，提高電解液液面30mm～50mm，始極片下槽24小時(shí)后，降低液面30mm～50mm，如果升降耳不到位，導(dǎo)致上邊緣較厚或較?。ù笥?0mm或小于3mm）。

（2）始極片掛耳長(zhǎng)度不一致：由于耳料、操作、機(jī)器設(shè)備等原因，生產(chǎn)出的始極片掛耳長(zhǎng)度不一致。如果掛耳較長(zhǎng)，裝槽后，始極片底邊會(huì)低于陽(yáng)極板底邊較多，超出部分的電力線分布不密集，在始極片低于陽(yáng)極板底邊的部位，銅析出緩慢，甚至不析出，從而導(dǎo)致陰極下邊緣很薄，呈刀口狀。

（3）由于陽(yáng)極泥自上布下進(jìn)行沉降，與陰陽(yáng)極板的上邊相比，底邊所處電解液中陽(yáng)極泥的濃度相對(duì)較大；隨著陽(yáng)極泥量增大，會(huì)在一定程度上阻礙銅離子在陰極上的析出，所以導(dǎo)致下邊緣較薄。

2 改進(jìn)措施

由于不合格電銅需要返回前段工序處理，因而會(huì)降低電銅的直收率，同時(shí)增加了處理成本，增加了勞動(dòng)量。為了減少上述電銅不合格現(xiàn)象，提高生產(chǎn)效率，根據(jù)以上分析，針對(duì)影響電銅外觀質(zhì)量和物理規(guī)格的因素，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，采取了如下整改和防治措施：

（1）及時(shí)檢查酸泵是否存在泄漏，定期更換酸泵的密封填料；指派專人定期查看換熱器、加溫缸等是否正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行維修和整改。

（2）每天按時(shí)巡檢低位槽液面，當(dāng)液面較低時(shí)，及時(shí)補(bǔ)液，減小回液管與低位槽的落差，避免形成“瀑布”，防止因電解液傾瀉沖擊帶入較多的氣體。

（3）增加高位槽的容積，針對(duì)容積較小和存在問題的高位槽及時(shí)更換，在停產(chǎn)檢修期間，更換了三期損壞的高位槽，并且對(duì)四期高位槽進(jìn)行了移位，完善高位槽功能，使電解液在高位槽中駐液時(shí)間延長(zhǎng)，強(qiáng)化了排氣效果。

（4）嚴(yán)格控制陽(yáng)極板的化學(xué)品位，每天及時(shí)化驗(yàn)，與內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，每月對(duì)陽(yáng)極銅砷、銻、鉍、鐵、鎳等雜質(zhì)進(jìn)行繪圖分析，防止因雜質(zhì)富集，產(chǎn)生鈍化、漂浮陽(yáng)極泥等。

（5）根據(jù)每天陽(yáng)極銅化驗(yàn)結(jié)果，對(duì)雜質(zhì)超標(biāo)的陽(yáng)極銅進(jìn)行分散處理，分散到多天、多槽使用，將物理規(guī)格不好或塊重較高的陽(yáng)極銅放到槽頭、槽尾使用。

（6）定期化驗(yàn)電解液成分，視槽面狀況每周1～2次，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整槽溫、流量、添加劑等技術(shù)指標(biāo)

（7）定時(shí)檢測(cè)槽溫，每班檢測(cè)槽溫兩次，確保電解液溫度控制在58-65℃之間，并做好相應(yīng)記錄。

（8）控制好添加劑的使用量，按規(guī)定比例進(jìn)行配制，要求徹底溶化，均勻加入，根據(jù)各生產(chǎn)系統(tǒng)狀況，引進(jìn)新品添加劑阿維酮，相應(yīng)減少其它添加劑用量。

（9）做好始極片的剪邊工作，始極片以定位基準(zhǔn)進(jìn)行裁剪，確保剪出的始極片四邊平直，無(wú)斜口。

（10）定時(shí)檢查陰極泡洗槽，確保電銅煮洗水的水溫大于95℃。

（11）密切關(guān)注槽壓表，當(dāng)槽電壓顯示異常時(shí)，逐槽測(cè)量，如果槽電壓小于0.2V或大于0.34V時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

（12）做好升降耳工作，在出銅前8-24小時(shí)，提高電解液位30-50mm，始極片下槽24小時(shí)后，降低電解液位30-50mm。

（13）及時(shí)檢查短路，采用灑水和拖表等輔助方法檢查是否短路，并立即處理。

（14）增強(qiáng)各項(xiàng)輔助設(shè)備的點(diǎn)巡檢工作，維修和工段做好檢查，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)提出、整改。

（15）加強(qiáng)槽面管理，控制好各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，定期對(duì)操作人員進(jìn)行技能培訓(xùn)。

3 改進(jìn)效果

在采取上述改進(jìn)措施之前，我公司電解車間高純銅率僅有94%左右；采取了上述措施后，取得了良好的成效。在采用小極距，高電流密度生產(chǎn)模式下，全年高純銅率可保證在99%以上，經(jīng)過努力可達(dá)到99.5%，最優(yōu)月度高純銅率曾達(dá)到99.7%。

4 結(jié)論

在銅電解精煉過程中，控制好各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，是提高高純銅產(chǎn)出率的根本途徑。針對(duì)電解生產(chǎn)實(shí)踐，以及影響電銅質(zhì)量的各種現(xiàn)象與成因，我廠積累了大量的有效應(yīng)對(duì)措施，并且取得了良好的效果和收益，可為同行業(yè)提高高純電解銅的產(chǎn)出率，提供了一定借鑒。