淺析影響電解銅質量的因素及解決方法

（巴彥淖爾西部銅材有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 電解基本原理

銅的火法精煉一般能產出含銅98%～99.8%的銅產品，不能滿足現代工業對銅的要求。因此，幾乎所有的火法冶煉的銅都需要經過電解精煉，除去火法精煉難于去除的雜質，得到電解銅。銅電解精煉工藝自1869年首次在工業上應用至今，其基本原理沒有變化。目前主要工藝有始極片法（傳統法）和永久性陰極法（永久性不銹鋼陰極作為陰極片），本文主要分析傳統法，傳統法是指以火法精煉澆鑄的陽極板作為陽極，用純銅薄片作為陰極，以硫酸銅和硫酸的混合溶液作為電解液，在直流電的作用下，陽極上的銅和電位較負的金屬溶解進入溶液，貴金屬和某些不溶金屬進入陽極泥沉于電解槽底。溶液中的銅在陰極上優先析出，其它電位較負的金屬留于電解液中定期凈化除去。陰極上析出的金屬銅純度很高（＞99.9935%），稱為高純陰極銅，也稱之為電解銅。

2 銅電解主要控制技術及參數

（1）原料。要求原料必須符合標準，首先物理規格應滿足每塊陽極板的重量差不超過5%；上下厚度一致，下部不可厚于上部；板面有一定的平直度；板面平整致密，無氣泡、蜂空、飛邊、毛刺及其他附著物；耳部不得有冷隔層和折損。鼓肚、彎曲的陽極板易引起極間短路，影響電效。化學指標如表1所示（各單位根據實際情況稍有差異）。

表1 原料的化學指標

（2）電解液成分。銅電解液的組是由硫酸銅和硫酸的水溶液，如果說陽極、陰極是銅電解過程的兩個支柱，電解液則是銅電解過程中銅離子遷移的載體。電解液的組成成分、陽極成分、電流密度與電解銅的質量有著密切的關系。通常電解液的組成成分如表2所示，H2S2O4不能無限地升高，硫酸升高時，硫酸銅的溶解度會降低，電解液中Cu2+濃度不得小于35g/L，否則雜質AS、Sb、Bi可能在陰極析出，Cu2+濃度升高時，電阻、槽電壓、電能消耗都會升高，嚴重時會有硫酸銅析出。

表2 解液的組成成分

（3）電解液溫度、循環。溫度是影響電解液的一個重要因素，溫度升高，電解液粘稠度下降，有利于陽極泥沉積。同時電解液的電阻下降，電耗降低。此外，銅離子的擴散能力加強，陰極附近的銅離子貧化幾率降低。但溫度過高，會使添加劑的分解加快，電解液的蒸發量加大，會造成作業環境惡化，能耗上升。所以電解液通常維持在60℃～65℃，這樣既能保證陰極銅的質量，又可以節約電耗。為了克服濃差極化、傳遞熱量、添加劑、維持體積平衡、雜質平衡，需要電解液循環。循環量的大小與陽極板的成分、電流密度、電解槽的容積有關，一般單槽電解液循環量18L/min～35L/min，循環方式有兩種：上進下出和下進上出。平行流技術用于大電流密度，屬于強化循環方式。我公司為了便于陽極泥沉降，采用上進下出，循環量維持在20L/min～22L/min。

（4）添加劑。為了獲得純度高，表面光滑的電解銅，在電解精煉中要加入各種表面活性物質作為添加劑[1]。常用的添加劑有明膠、硫脲、干酪素、鹽酸等。明膠能促使陰極銅結晶細致、表面光滑，對表面結粒有較強的抑制效果。硫脲有利于陰極銅結晶變細，板面致密，起到細化結晶的作用。鹽酸作為添加劑，可使溶液中量很少的AgCl沉淀進入陽極泥，減少貴金屬的損失，降低陽極鈍化程度。

（5）電流密度、同極距。電流密度[2]是影響銅電解生產的重要技術經濟指標之一。影響陰極銅沉積物結垢和性質的重要因素，若電流密度低，產生的細粒、粘附的陰極沉積物，不利于晶核的形成。當電流密度一定時，銅電解液電壓受硫酸濃度和硫酸銅及其雜質濃度影響，硫酸濃度下降或銅離子濃度上升，會導致電阻增大，電壓升高；當電解液成分不變是，電解液電壓由電流密度決定，電流密度高，電解液電壓增大，增加電耗，我公司一般控制在250A/m2。同極距是指槽內相鄰陰極或陽極中心之間的距離，適當的縮短極距可減少電解液的電壓降，降低電耗，此外能增加槽內的陰陽極片數，提高設備生產率，與此同時電極短路的危險性增加，我公司一般設定在90mm。

3 影響電解銅質量的因素

3.1 不合格電銅的形式

A、板面粒子；B、下沿肥邊；C、異形、刀口銅；D、上沿粒子；E、上沿白邊；F、下沿發綠；G、燒板、薄板。

圖1 板面粒子

圖2 下沿肥邊

圖3 異形、刀口銅

圖4 板面發白

3.2 不合格電銅產生的原因及解決措施

（1）板面粒子。板面局部粒子：主要原因是陰陽極極距不均，導致陽極板大面鼓包、小面毛刺、彎曲，針對這種情況，應從陽極板挑選，陽極板置于槽頭、槽尾；陽極板在電解槽內不垂直，陽極板在雙極照缸時校正，保持垂直；對于始極片局部彎曲、不垂直，應在機組、出裝槽在入槽使用前平整；針對始極片薄，因加工應力而不垂直，應通過電調平板，保持垂直，同時種板檢查鈦板以及接觸點；電調在處理短路過程中附近電銅極距變動，因此每次處理短路后應檢查附近3塊陰陽極板；電調用探棍檢查時碰觸到陽極，為防止攪起槽底沉降的陽極泥，探棍檢查應緊貼電銅表面。

板面大部分有粒子：首先考慮陽極板鈍化，槽電壓升高，應及時采取單槽斷電、敲打陽極板、電解液靜置沉降、吊出陽極板沖洗；其次考慮原料陽極板含氧量高，保持高位槽液位有溢流，分液缸排氣，這樣可以有效解決含氧量高帶來的影響；此外還有可能是溢流口擋液板破損、循環量低，電解槽內銅離子貧化、接觸點導電性不好，通電瞬間被電擊、添加劑失效或用量不當等原因造成板面大部分有粒子。板面下部粒子：應考慮始極片弓板、彎曲，出裝槽要嚴格按規定校正每一片始極片。此外可能是電解液比重大，陽極泥不易沉降，細小顆粒懸掛在始極片，造成“小面積”短路，導致產生粒子，同時伴有電解銅含銀量升高，這時應實時是監控電解液中各成分的含量，及時凈化電解液除雜、除膠的分解物。

（2）異形、刀口銅。它的特點是電銅邊緣不齊整、電銅左右一邊薄、一邊厚，出現這種現象有以下幾種可能：鈦板部分表面有氧化層或油污，銅皮韌性不好，壓紋加工后開裂，雙極照缸、調片不到位、出現偏板，電調處理短路后未恢復到原位，對照實際情況可采取更換、打磨鈦板，調整添加劑量，提高調片和照缸的工作質量，處理短路后檢查左右對正情況，機組也要注意在鉚耳時片歪斜，存在高低耳一定要及時扶正。在陰陽極板近（相對于這個板面）的地方，由于電解液的電阻小，電流就高。因此，這塊地方金屬沉積就特別快，很容易出現均勻密布的粒子，這也是形成刀口銅的原因。

（3）上沿白邊、下沿發綠。產出的電解銅上沿有開花粒子或白邊，造成這種現象的原因通常是由于電解液液位低導致的，部分硫酸銅結晶吸附在上沿，失去水之后變成白色粉末。處理這種問題就得加強槽面作業管理，按時提液到位，或者出銅前用高壓水槍沖洗即可解決。還有一種情況是電解銅下沿發綠，這是由于電銅下沿有硫酸銅水印，遇潮發綠，通常是因為燙洗水未及時更換，燙洗水含酸高，燙洗時間、燙洗水溫度不夠造成的，及時更換燙洗水，延長燙洗時間，升高燙洗溫度即可得到解決。

4 結語

綜上所述，銅電解是一個復雜的電化學反應過稱，有諸多因素會影響電解銅質量，加大電解銅質量攻關力度，對產出不合格電解銅，通過總結積累經驗，結合現場實際情況及時分析出產生的原因，果斷的采取措施使問題得到解決，只有這樣才能產出高質量的產品，才能使產品經濟效益最大化，只有這樣才能提升企業在市場的競爭力。