平行流電解中添加劑對(duì)陰極銅質(zhì)量的影響

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）

1 引言

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］。

2 銅電解精煉常用添加劑的種類及作用

2.1 添加劑的種類

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］。

2.2 添加劑的作用

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。

3 祥光銅業(yè)電解二車間添加劑的選用與生產(chǎn)實(shí)踐

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。

3.1 添加劑崗位工藝流程如下：

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。

3.2 添加劑溶解操作步驟：

（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。

3.3 添加劑加入量和陰極銅表面質(zhì)量的關(guān)系

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

3.4 電流密度對(duì)添加劑用量的影響

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

4 結(jié)論

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。