降低傳統(tǒng)法電解陰極銅貼標(biāo)率

孔祥明

(江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠， 江西 貴溪 335424)

0 引言

江銅集團貴溪冶煉廠電解車間一系列有四套獨立的循環(huán)系統(tǒng)，分別為7.5萬t老系統(tǒng)、7.5萬t新系統(tǒng)、五萬噸及東擴系統(tǒng)。年產(chǎn)陰極銅35萬t。近年來，面對復(fù)雜陽極電解，需要消化贊比亞、第一量子、中色云銅、英美、豐城、深圳陽極等多種復(fù)雜陽極。市場對陰極銅的物理外觀也有了進(jìn)一步要求，廠部對陰極銅外觀質(zhì)量制定了更詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電銅外觀質(zhì)量，將電銅分七類進(jìn)行銷售：1期貨銅、2現(xiàn)貨銅、3非交割A(yù)級銅、4非交割1號銅、5定向銷售始極片、6電積銅、7不合格品。降低貼標(biāo)銅就是降低非交割A(yù)級銅、非交割1號銅的數(shù)量。

1 貼標(biāo)現(xiàn)狀(2020年1—5月平均711包)

貼陰極銅標(biāo)的依據(jù)：

第一類：陰極銅結(jié)晶有關(guān)的(圓頭、開花、樹枝、密集粒子)。

第二類：和清洗有關(guān)(電銅表面應(yīng)潔凈，無污泥、油污、電解殘渣、硫酸銅結(jié)晶等外來雜物)；陰極銅表面(包括吊耳部分)，單塊陰極銅綠色附著物(附酸)總面積不大于一塊陰極銅單面面積的1%)。

表1 傳統(tǒng)法陰極銅貼標(biāo)數(shù)量

2 影響貼標(biāo)率的主要因素

2.1 陽極種類

貴溪冶煉廠傳統(tǒng)法電解是一個以礦銅陽極為主的生產(chǎn)系統(tǒng)，整個生產(chǎn)系統(tǒng)都是按照礦銅陽極成分控制進(jìn)行，所以雜銅陽板在傳統(tǒng)法電解過程中時常不穩(wěn)定。高雜質(zhì)陽極對生產(chǎn)系統(tǒng)沖擊性較大。陽極銅中雜質(zhì)含量的高低，直接影響電解液銅離子濃度的平衡[1]。陽極銅雜質(zhì)含量越高，易導(dǎo)致電解液中雜質(zhì)升高，從而影響陰極銅的質(zhì)量和外觀。

在以往使用過的清遠(yuǎn)、梧州、英美雜銅陽極中產(chǎn)出的陰極銅，有明顯的液位線粒子、整板面的圓頭粒子，陰極銅物理合格率低于85%。超標(biāo)板產(chǎn)出來的陰極銅，其物理合格率明顯低于正常陽極產(chǎn)出來的陰極銅。特別是2018年傳統(tǒng)法電解需要消化12萬t贊比亞陽極，2019年需要消化10萬t贊比亞陽極，而2020年陽極種類繁多，均需傳統(tǒng)法電解進(jìn)行處理。

2.2 極板加工

陽極銑耳對電解的導(dǎo)電性及陽極在電解槽內(nèi)的垂直性有決定性作用。始極片的垂直度對短路有重大影響。電銅密集粒子形成重要原因是陽極銑耳后不垂直以及始極片垂直度不好，二者相疊加，造成陽極和陰板板距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25 mm。兩極近距離放電過強，造成局部電銅晶體粗糙。粗糙的晶體快速發(fā)育成密集型粒子，從而影響陰極銅貼標(biāo)率。

2.3 生產(chǎn)操作

整陽極、打排列、照缸是生產(chǎn)操作；電解液的銅酸、體積、溫度是陰極銅一個周期成長的載體，操作精細(xì)化和成長載體的穩(wěn)定性對陰極銅貼標(biāo)率都有明顯的影響。

3 優(yōu)化改進(jìn)措施

針對以上三條影響貼標(biāo)率的因素，確定以下優(yōu)化改進(jìn)措施。

3.1 控制陽極物料 不同陽極分類管理

通過控制陽極物料，解決傳統(tǒng)法陰極銅液位線粒子和整板面圓頭粒子。

傳統(tǒng)法電解裝入的陽極以一系統(tǒng)熔煉自產(chǎn)的礦銅陽極為主；摻雜少量雜銅陽極，通過技術(shù)攻關(guān)并消化。

高雜質(zhì)陽極先上一槽試用，在不影響化學(xué)成分和物理合格率的情況下，再正式安排使用。傳統(tǒng)法電解老、新、五萬噸系統(tǒng)盡量讓物料統(tǒng)一，大量外購陽極單獨進(jìn)入東擴系統(tǒng)。

通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)贊比亞陽極裝槽量和貼標(biāo)率成正比。表1為2019年3月—2020年2月貼標(biāo)銅量和贊比亞陽極裝槽情況。

圖1 贊比亞陽極與標(biāo)貼銅的關(guān)系

針對贊比亞低砷陽極，先在有整流系統(tǒng)的實驗平臺(有10個電解槽)進(jìn)行實驗。通過組織不同的電流密度探索，電流密度分別為：250 A/m2、260 A/m2、270 A/m2、280 A/m2、290 A/m2、300 A/m2。得到的結(jié)果為：低砷贊比亞陽極在電流密度250 A/m2可以組織生產(chǎn)。最終，將用于消化贊比亞的東擴系統(tǒng)電流密度確定為255 A/m2。

但在實際大批量組織生產(chǎn)過程中，還需要解決贊比亞陽極飄浮陽極泥的問題，飄浮陽極泥密度小、難沉降[2]。5價砷在電解液中的存在(濃度從10-5～10-1mol/L)，可明顯提高銅的溶解反應(yīng)速度。5價砷可在電解液中累計，并成為減少銻鉍進(jìn)入電解液的一個重要的控制參數(shù)。銻鉍形成砷化物BiAsO4和SbAsO4，同時分別析出。如果析出發(fā)生在陽極表面，便進(jìn)入陽極泥。倘若析出發(fā)生在遠(yuǎn)離陽極表面的地方，便形成漂浮陽極泥。在電解液中，它們便可漂浮到陰極上，粘附在陰極銅表面或夾雜于銅晶粒之間，如此形成對陰極的污染[3]。

贊比亞第一量子陽極含砷量遠(yuǎn)低于200ppm。在無法改變砷含量的情況下，可以通過改進(jìn)進(jìn)液方式和增加干酪素進(jìn)行優(yōu)化控制。電解液需要不停地循環(huán)，目的是傳質(zhì)傳熱[3]。傳統(tǒng)法電解的進(jìn)液方式均為底進(jìn)上出，這有利于消除電解液在槽內(nèi)形成的濃差極化，卻不利于飄浮陽極泥的沉降。

為了減少漂浮陽極泥，將東擴系統(tǒng)的進(jìn)液方式改為上進(jìn)下出。銅電解精煉生產(chǎn)中使用的主要添加劑有膠、硫脲、鹽酸[4]；同時新增具有絮凝作用的干酪素，讓飄浮陽極泥沿電解液供給方向流動，沉入槽底。

通過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)：低砷陽極裝槽比例低于50%，生產(chǎn)系統(tǒng)比較穩(wěn)定。同時，在東擴系統(tǒng)配入含砷200～300ppm的中色云銅陽極，以及其它含砷200～500ppm的外購陽極，有效控制了外購陽極生產(chǎn)出來的陰極銅外觀差的問題，減少了贊比亞陽極產(chǎn)生電銅被貼標(biāo)的情況。

通過分類管理、功關(guān)及優(yōu)化陽極物料，外購陽極生產(chǎn)的陰極銅，其貼標(biāo)率明顯地減少。

3.2 優(yōu)化機組對始極片的加工和陰極銅附酸清洗

3.2.1 增設(shè)始極片底部切邊機

因種板生產(chǎn)工藝決定始極片底部存在的肥邊現(xiàn)象，直接導(dǎo)致了陰極銅生成底部粒子，不僅降低了物理外觀合格率，還增加了貼標(biāo)率以及陰極銅洗滌難度。

為解決這一難題，在始極片加工機組增設(shè)了始極片底邊切邊機，投入使用后徹底解決了陰極銅底部粒子問題，以此減少因陰極銅邊緣粒子導(dǎo)致的貼標(biāo)銅數(shù)量。

圖2 切邊機

圖3 專項洗滌噴嘴

3.2.2 增加專項洗滌噴嘴

為有效解決傳統(tǒng)法陰極銅吊耳部附酸這一國內(nèi)外冶煉廠普遍存在的共性問題，陰極銅洗滌機組入側(cè)增加了7對吊耳專項洗滌噴嘴，消除了吊耳內(nèi)部洗滌盲點，增加了洗滌水沖洗時間，徹底解決了該項難題。同時，為了減少因潮濕空氣或其它外部因素導(dǎo)致陰極銅后期產(chǎn)生表面附酸現(xiàn)象，在陰極銅洗滌機組末端增加冷凝水凈水洗滌，并采用DCS自動化控制，以此減少因附酸導(dǎo)致的貼標(biāo)銅數(shù)量。

3.2.3 始極片壓紋棍改進(jìn)

將原有的窄邊壓紋棍改進(jìn)為寬壓紋棍，消除壓紋粒子。

3.3 生產(chǎn)管理和操作精細(xì)化

以電解數(shù)據(jù)摸塊為主導(dǎo)，精細(xì)管理好電解液的銅酸、體積和溫度。在生產(chǎn)操作過程中整陽極、打排列、照缸進(jìn)行操作，精細(xì)過程控制。通過生產(chǎn)管理和操作，解決傳統(tǒng)法陰極銅板面單個粒子、肥邊及電銅四周粒子，提高物理合格率，減少貼標(biāo)銅。

3.3.1 更換電解槽、實心導(dǎo)電排、調(diào)整槽幫水平度

2020年，將新系統(tǒng)33、34、35、36組(共108個電解槽)更換為整體樹脂槽，完成972塊實心導(dǎo)電排更換。在槽幫上面墊絕緣膠皮、導(dǎo)電排、絕緣板。

加工好的始極片壓上去后，腐蝕的絕緣膠皮，會造成部分陰極高低不平。對腐蝕了的絕緣膠皮進(jìn)行有計劃更換，共更換老系統(tǒng)、五萬噸約340塊，保證始極片壓在槽幫上面的水平度的統(tǒng)一。

由于基礎(chǔ)條件的提升和改進(jìn)，產(chǎn)出的陰極銅相應(yīng)得到提高，減少了因老化的電解槽引起粒子銅的產(chǎn)生，減少了貼標(biāo)銅。

3.3.2 流量管理定期化

高電流密度下電解液的供給量大，而老、新、五萬噸系統(tǒng)電解液中的砷含量始終在12～14 g/L，供液管容易結(jié)垢。

針對這一問題，對全系統(tǒng)的68根DN150的上酸管、回酸管一年清洗一次；1 316個DN50上酸支管、DN12節(jié)流孔板、DN50彎管由原來分散式疏通，改為5月、11月各一次，集中定期定量疏通。

電解槽的上酸支管全面疏通，單槽流量均勻控制在28～30 L/m，保證了各槽組供液的一致性，使單槽流量和電解液供給的穩(wěn)定性得到保證。解決了單槽流量小造成的濃差極化，減少了因濃差極化影響電銅而產(chǎn)生的貼標(biāo)銅。

3.3.3 消除電銅上口、鉚耳粒子

根據(jù)實際生產(chǎn)需要，在槽面電解生產(chǎn)管理的過程中，應(yīng)隨時關(guān)注陽極溶解情況[6]。

五萬噸、東擴系統(tǒng)為一頭進(jìn)液、一頭出液，電解液表面的銅酸濃差被加大，電解液表面流動性弱化，液面處銅離子低；而且電解液表面酸度最高，通電性更好；液面和空氣接觸，表面溫度會偏低，電銅長時間通電后造成上口粒子。

這兩個單邊出液的系統(tǒng)，進(jìn)液端比出液端的液位會高出約2 mm。始極片裝槽通電12 h后，以始極片上口為標(biāo)準(zhǔn)，通過新式液位器，把出液端液位降低4 mm，使整槽電銅的最上沿全部露出電解液。

12天周期中，電銅的上口控制在24 h，厚度約1.6 mm。此處減少通電約130 h，比以前厚度少20 mm。高液位時，電銅上口露出電解液，把槽內(nèi)電解液分割百102個小空間，電解液更容易克服液面張力。流動性加強，減少了銅酸濃差；同時，上口電銅的厚度減薄，消除了上口粒子。

傳統(tǒng)法的老、新、五萬噸、東擴系統(tǒng)降低中液位。以始極片鉚耳孔為標(biāo)準(zhǔn)，低液位低于鉚耳孔4 mm。減少鉚花通電時間72 h，鉚花處通電時間減少，電流均勻在電銅板面通過。特別是雙極電解槽內(nèi)，消除了因電流提升造成鉚花凸出，極距減少而產(chǎn)生的鉚耳粒子。

通過以上改進(jìn)，提升了電銅外觀，減少了貼標(biāo)銅數(shù)量。

4 優(yōu)化及改進(jìn)工藝后效果

由圖5可見，貼標(biāo)銅數(shù)量由原來平均771包/月，下降至小于120包/月，所占百分比從原來的6.24%下降至小于1%。

圖4 始極片底部切邊前后對比圖

5 結(jié)語

隨著公司生產(chǎn)原料發(fā)生變化，貴溪冶煉廠自2018年起大量進(jìn)口外購陽極。由于外購陽極成分差異，導(dǎo)致陰極銅物理合格率不斷下降，“貼標(biāo)銅”數(shù)量不斷攀升。降低貼標(biāo)率作為一個目標(biāo)，在完成該目標(biāo)的過程中，對低砷陽極電解有實質(zhì)性的認(rèn)識和進(jìn)步，使低砷陽極電解能力走在國內(nèi)前列。通過物料分類、機組加工、生產(chǎn)精細(xì)管理、技術(shù)上創(chuàng)新、管理上突破，減少了貼標(biāo)銅，提升了陰極銅的品質(zhì)，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

圖5 2020貼標(biāo)銅數(shù)據(jù) (單位：包)