提高高純電解銅產出率研究與實踐

唐文忠，張海濤

（銅陵金冠銅業公司，安徽 銅陵 244000，2.赤峰金劍銅業公司，內蒙古 赤峰 024000）

在金昌冶煉廠的銅電解精煉工序中，經常會出現一些影響電解銅外觀質量的現象，包括陰極銅表面出現粒子、氣孔等。有些批次的電解銅甚至會出現左右兩邊厚薄不均，相差較大，即為生產中所說的“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”，導致產品物理規格的嚴重不符。本文根據生產實踐情況，對產生上述現象的原因進行了分析，尋找預防和控制的措施，并在生產中進行實踐，以確保電解銅的外觀質量和物理規格，提高電解高純銅的產出率。

1 成因分析

1.1 氣孔

在電解操作中，由于電解液中會溶解空氣，如果在電解進行前，電解液的大量空氣未能及時排出，隨著溫度升高，電解液中的空氣會達到過飽和狀態，在電解進行時，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絕緣點，由于絕緣點上沒有電流分布，因而也沒有銅析出；而在絕緣點周圍的陰極表面，銅正常析出，這樣，在該絕緣點處就逐漸形成坑狀氣孔。

通過長時間的觀察分析，我們發現：電解液從電解槽回液管進入低位槽過程中，存在較大落差，流速較大，形成沖擊，卷入空氣，當電解液循環量較大時，其中的氣體來不及釋放，從而通過循環回路進入電解槽內。另外，酸泵和加熱器等因密封效果不好時，也會吸入一部分空氣。

1.2 粒子

銅電解精煉過程必須保持動態平衡，在這個復雜的平衡體系中，任何一道工序失調都將打破體系的平衡，最終影響電銅質量。陰極銅表面是否出現粒子是可以直觀反映陰極銅的質量好壞，也是一項衡量電銅質量的指標，導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 陽極泥附著

在銅電解過程中，陽極泥的沉淀富集是回收陽極銅中金銀等貴金屬的主要手段。但是，當陽極泥沉降效果不好時，就可能會少量吸附在陰極銅表面，影響電解電流的分布，使電解銅表面出現開花狀的粒子，同時，部分貴金屬也會隨著流失。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，且粒子大多數分布在電銅的下部。根據生產實踐分析，陽極泥附著陰極銅主要有以下幾方面因素：

（1）電解液循環速度過大，各處流量不均勻，易使電解液帶氣，會干擾陽極泥的沉降方向。另外，我公司的電解液循環采用下進上出方式，向上流動的電解液也會阻礙陽極泥的沉降，特別是循環量較大時，陽極泥沉降變慢會比較顯著；

（2）槽溫較低，電解液溫度低時粘度和比重將會增大，也不利于陽極泥沉降；

（3）漂浮陽極泥的產生，當陽極板中砷、銻、鉍等雜質含量超標時，隨著電解的進行，會逐漸富集，由于上述雜質比重較小，易形成漂浮陽極泥，不宜沉降，隨電解液的流動會附著在陰極銅表面。

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

1.2.2 添加劑使用不當

在銅電解生產中，添加劑是不可或缺的，會直接影響陰極銅的質量。合理使用添加劑，可抑制電銅表面粒子的生成，使晶粒細小，電銅表面致密光滑。根據添加劑的作用機理，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，電銅表面會生成針刺狀粒子。隨著添加劑加入量增加，這種粒子會逐漸變小，甚至消失。當添加劑加入量過大時，陰極銅表面也會生成圓頭狀粒子。如果添加劑加入過多，部分添加劑隨陰極銅析出，會使電銅發酥發脆，甚至影響其化學品位。

1.2.3 銅粉的吸附

電解生產伴隨著許多復雜的化學反應發生，在電解過程中，往往會生成少量不穩定的一價銅離子，其活性很大，可以生成二價的銅離子和銅粉，陽極板入槽前酸洗不徹底也會帶入一部分銅粉。銅粉大部分會沉降到槽底，進入陽極泥；但也會有少量懸浮于電解液中，吸附在陰極銅表面，形成晶核。根據金屬結晶原理，隨著二價銅離子遷移至陰極銅表面時，會優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，并且結合緊密，難以剔除。

1.3 偏缸銅

偏缸銅主要是由于陰陽極板面排列不對稱，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，影響電銅的物理規格，根據生產實踐分析，主要有以下幾種原因：

（1）整缸操作不到位，導致陰陽極板面不垂直、不對稱。

（2）檢查短路后，陰極沒有恢復到原來位置。

（3）電解槽自身不平，兩邊不對稱，導致放入的陽極板和始極片存在傾斜現象。

（4）由于剪邊機和人員操作等原因，導致始極片剪邊不符要求，未能呈現規則的長方形，而是近似菱形，導致陰陽極不對稱。

1.4 刀口銅

刀口銅也是一種電銅偏缸現象，是指整個電銅板面呈現厚薄不均，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。根據其產生的特質和生產實踐分析，主要原因有：

（1）升降耳不到位：根據電解生產要求，在出銅前8-24小時，提高電解液液面30mm～50mm，始極片下槽24小時后，降低液面30mm～50mm，如果升降耳不到位，導致上邊緣較厚或較薄（大于10mm或小于3mm）。

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

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

2 改進措施

由于不合格電銅需要返回前段工序處理，因而會降低電銅的直收率，同時增加了處理成本，增加了勞動量。為了減少上述電銅不合格現象，提高生產效率，根據以上分析，針對影響電銅外觀質量和物理規格的因素，結合實際生產，采取了如下整改和防治措施：

（1）及時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行，發現異常及時進行維修和整改。

（2）每天按時巡檢低位槽液面，當液面較低時，及時補液，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，針對容積較小和存在問題的高位槽及時更換，在停產檢修期間，更換了三期損壞的高位槽，并且對四期高位槽進行了移位，完善高位槽功能，使電解液在高位槽中駐液時間延長，強化了排氣效果。

（4）嚴格控制陽極板的化學品位，每天及時化驗，與內控標準進行對比，每月對陽極銅砷、銻、鉍、鐵、鎳等雜質進行繪圖分析，防止因雜質富集，產生鈍化、漂浮陽極泥等。

（5）根據每天陽極銅化驗結果，對雜質超標的陽極銅進行分散處理，分散到多天、多槽使用，將物理規格不好或塊重較高的陽極銅放到槽頭、槽尾使用。

（6）定期化驗電解液成分，視槽面狀況每周1～2次，根據化驗結果，及時調整槽溫、流量、添加劑等技術指標

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

（8）控制好添加劑的使用量，按規定比例進行配制，要求徹底溶化，均勻加入，根據各生產系統狀況，引進新品添加劑阿維酮，相應減少其它添加劑用量。

（9）做好始極片的剪邊工作，始極片以定位基準進行裁剪，確保剪出的始極片四邊平直，無斜口。

（10）定時檢查陰極泡洗槽，確保電銅煮洗水的水溫大于95℃。

（11）密切關注槽壓表，當槽電壓顯示異常時，逐槽測量，如果槽電壓小于0.2V或大于0.34V時，應及時處理。

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

（13）及時檢查短路，采用灑水和拖表等輔助方法檢查是否短路，并立即處理。

（14）增強各項輔助設備的點巡檢工作，維修和工段做好檢查，確保設備正常運轉，發現隱患及時提出、整改。

（15）加強槽面管理，控制好各項生產技術指標，定期對操作人員進行技能培訓。

3 改進效果

在采取上述改進措施之前，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，高電流密度生產模式下，全年高純銅率可保證在99%以上，經過努力可達到99.5%，最優月度高純銅率曾達到99.7%。

4 結論

在銅電解精煉過程中，控制好各項生產技術指標，是提高高純銅產出率的根本途徑。針對電解生產實踐，以及影響電銅質量的各種現象與成因，我廠積累了大量的有效應對措施，并且取得了良好的效果和收益，可為同行業提高高純電解銅的產出率，提供了一定借鑒。