賈興州,謝祥添,韓義忠,汪為慧
(陽谷祥光銅業(yè)有限公司,山東 陽谷 252327)
祥光銅業(yè)電解二車間采用平行流高強(qiáng)化電解技術(shù),其中核心設(shè)備是平行流裝置,其主導(dǎo)部分由不銹鋼長方體焊接組成,下部由尺寸均勻的噴嘴鑲嵌在箱體一個(gè)側(cè)面。這套裝置為提高電流密度提供保障,改變電解液進(jìn)液方式,增加電解液循環(huán)速度,使電解液流速以3倍于傳統(tǒng)工藝的速度,沿平行于極板表面的方向快速進(jìn)入到電解槽內(nèi)[1],對(duì)陰極板表面形成了強(qiáng)力的沖刷,消除了由于電流密度增大而引起的電解液貧化。電解液和添加劑能夠更均勻地進(jìn)入到各電解槽中,更加有效地作用于陰極銅的表面。陰極銅品級(jí)率的高低除與電解的電流強(qiáng)度、槽電壓等工藝參數(shù)有密切關(guān)系外, 與添加劑還有著密切的關(guān)系, 本文分析探討平行流電解技術(shù)及添加劑對(duì)陰極銅質(zhì)量的管控、對(duì)陰極銅質(zhì)量的影響[2]。
為了生產(chǎn)出滿足國標(biāo)的陰極銅,在通電電解過程中必須加入添加劑。目前銅電解工廠常用的添加劑有骨膠、硫脲、鹽酸、干酪素等;混合添加劑的采用可以使各添加劑相互配合、相互補(bǔ)充,能更有效地發(fā)揮作用。添加劑的混選及用量根據(jù)各廠的具體參數(shù),如陽極板成分、電流密度、電解液成分、電解技術(shù)條件等因素來確定。很多研究人員在研究了添加劑的作用效果后均認(rèn)為:聯(lián)合添加劑的整體作用機(jī)理并不是單純幾個(gè)添加劑作用機(jī)理的簡單疊加,而是其之間的相互協(xié)調(diào)作用[3]。
添加劑的作用是為了控制與改善陰極銅的質(zhì)量,適量的添加劑可以使陰極銅結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、雜質(zhì)含量減少。
骨膠:是一種蛋白質(zhì),在酸性電解液中,即使不通電也會(huì)在一定的溫度下分解消失;骨膠加入量少時(shí),陰極銅表面能形成導(dǎo)電不良的薄膜,使陰極銅表面會(huì)長尖頭、棱角粒子;骨膠加入量多時(shí),會(huì)產(chǎn)生陰極銅分層現(xiàn)象,產(chǎn)生的粒子呈圓頭狀,硬且有韌性,不易擊落。
硫脲:是一種白色有光澤的晶體,為表面活性物質(zhì),使用后的陰極銅的表面呈金屬光澤、顏色呈玫瑰紅,可以使陰極銅的表面出現(xiàn)結(jié)晶致密。硫脲加入量少時(shí),陰極銅表面有亮晶點(diǎn),結(jié)晶疏松;加入量過多時(shí),使陰極銅表面出現(xiàn)條紋狀結(jié)晶。
鹽酸:鹽酸的加入一方面是為了維持電解液中氯離子的含量,另一方面是為了沉淀電解液中的銀離子,同時(shí)鹽酸也具有強(qiáng)烈的去極化作用,當(dāng)在電解液中的濃度高時(shí)會(huì)影響陰極極化電位,使陰極銅結(jié)晶導(dǎo)致析出效果變差[4]。
以上添加劑配比適當(dāng),加入方法合理、使其在電解液中分布均勻,則有利于陰極銅質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。添加劑若配比不當(dāng)或加入過量,不僅無益,反而有害。
祥光銅業(yè)電解二車間于2010年6月份建成投產(chǎn),分為東、西兩個(gè)系統(tǒng),共720個(gè)電解槽,東、西系統(tǒng)各半,添加劑在東、西系統(tǒng)中分別加入,使用的添加劑為骨膠、硫脲和鹽酸。電解二車間平行流技術(shù)的使用,可以使添加劑在每個(gè)槽內(nèi)分散的更加均勻。
圖1 添加劑崗位工藝流程圖
骨膠和硫脲需要經(jīng)過溶解后加入到添加劑計(jì)量槽內(nèi),而鹽酸則需加入到鹽酸計(jì)量槽稀釋后單獨(dú)加入到電解液循環(huán)槽,經(jīng)電解液循環(huán)泵泵至板式換熱器,加熱至63℃左右后,以穩(wěn)定的流量(85~95L/min.槽)供到各個(gè)電解槽。電解槽供液采用側(cè)面給液、兩端溢流出液的方式,電解槽兩端溢流出的電解液匯總后返回循環(huán)槽。
(1)清洗溶解槽,往溶解槽內(nèi)加水,上空約300mm,開攪拌機(jī)攪拌。
(2)向水內(nèi)通蒸汽加熱,待水溫升高到60~65℃后,關(guān)閉蒸汽閥門。
(3)準(zhǔn)確稱量添加劑,倒入溶解槽內(nèi),保溫60min以上。
(4)關(guān)氣動(dòng)閥,排空計(jì)量槽內(nèi)殘余添加劑。
(5)清洗計(jì)量槽后,停溶解槽攪拌,將溶解槽內(nèi)添加劑混合液放入添加劑計(jì)量槽,再補(bǔ)水至標(biāo)準(zhǔn)液位處(0.6±0.05m)。
(6)將規(guī)定量的鹽酸從鹽酸儲(chǔ)槽放入鹽酸中間槽,向鹽酸計(jì)量槽內(nèi)先加入少量水,將鹽酸中間槽內(nèi)鹽酸放入鹽酸計(jì)量槽,補(bǔ)水至標(biāo)準(zhǔn)液位處(0.6±0.05m)。(7)添加劑和鹽酸的加入時(shí)間,添加劑:東系統(tǒng)15:30之前加入,西系統(tǒng)16:30之前加入,鹽酸:東系統(tǒng)15:30之前加入,西系統(tǒng)16:30之前加入。
在一定的電解液銅濃度、酸濃度、流量及電流密度等參數(shù)下,加入合適的添加劑是獲得高品質(zhì)陰極銅的重要保障。
表1 添加劑的用量與陰極銅表面質(zhì)量關(guān)系
不同的電流密度,陰極銅的生產(chǎn)周期不同,電流密度越高,陰極銅的生產(chǎn)周期越短,單天內(nèi)所需的添加劑的量也有所不同;根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,不同的電流密度下如下骨膠、硫脲、鹽酸的配比,可以獲得優(yōu)質(zhì)的陰極銅。
圖2 結(jié)晶粗糙,邊緣粒子較多
圖3 結(jié)晶較為致密,板面有粒子
圖4 結(jié)晶致密,粒子消失,表面光滑
圖5 堅(jiān)硬、針狀粒子,電銅分層
由表2可以看出,電流密度越高,添加劑分解的越快,所以對(duì)添加劑的準(zhǔn)確控制提出了更高的要求,稍有偏差就有可能導(dǎo)致陰極銅表面結(jié)晶粗糙、粒子多等異常情況,甚至引起短路、電流效率降低。
表2 不同的電流密度下骨膠、硫脲、鹽酸的配比
祥光銅業(yè)電解二車間2011年6月8日平行流電解新工藝通電生產(chǎn),7月份電流密度達(dá)到設(shè)計(jì)值385A/m2,10月份電流密度提高到420A/m2,產(chǎn)能達(dá)到30萬t/a,至此一直穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn),生產(chǎn)出高于GB/T467-2010 標(biāo)準(zhǔn)要求的A級(jí)銅,電流效率高達(dá)99.5%以上,陰極銅外觀無任何粒子,陰極銅平均含銀量低于4.5×10-6[5]; A級(jí)銅產(chǎn)品質(zhì)量合格率高達(dá)100%,物理性能按塊判定,A級(jí)銅按公司管理辦法判定歸為三等級(jí)[6];影響陰極銅外觀質(zhì)量的因素除了添加劑配比不當(dāng)、加入量不均勻外還有很多,我們?cè)谀壳八〉贸晒幕A(chǔ)之上,還要進(jìn)一步優(yōu)化探索,使陰極銅質(zhì)量再進(jìn)一步提高。