平行流電解中添加劑對陰極銅質量的影響

賈興州，謝祥添，韓義忠，汪為慧

（陽谷祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

祥光銅業電解二車間采用平行流高強化電解技術，其中核心設備是平行流裝置，其主導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側面。這套裝置為提高電流密度提供保障，改變電解液進液方式，增加電解液循環速度，使電解液流速以3倍于傳統工藝的速度，沿平行于極板表面的方向快速進入到電解槽內［1］，對陰極板表面形成了強力的沖刷，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。陰極銅品級率的高低除與電解的電流強度、槽電壓等工藝參數有密切關系外, 與添加劑還有著密切的關系， 本文分析探討平行流電解技術及添加劑對陰極銅質量的管控、對陰極銅質量的影響［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

為了生產出滿足國標的陰極銅，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、相互補充，能更有效地發揮作用。添加劑的混選及用量根據各廠的具體參數，如陽極板成分、電流密度、電解液成分、電解技術條件等因素來確定。很多研究人員在研究了添加劑的作用效果后均認為:聯合添加劑的整體作用機理并不是單純幾個添加劑作用機理的簡單疊加,而是其之間的相互協調作用［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量，適量的添加劑可以使陰極銅結構致密、表面光滑、雜質含量減少。

骨膠：是一種蛋白質，在酸性電解液中，即使不通電也會在一定的溫度下分解消失；骨膠加入量少時，陰極銅表面能形成導電不良的薄膜，使陰極銅表面會長尖頭、棱角粒子；骨膠加入量多時，會產生陰極銅分層現象，產生的粒子呈圓頭狀，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，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結晶致密。硫脲加入量少時，陰極銅表面有亮晶點，結晶疏松；加入量過多時，使陰極銅表面出現條紋狀結晶。

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,同時鹽酸也具有強烈的去極化作用,當在電解液中的濃度高時會影響陰極極化電位,使陰極銅結晶導致析出效果變差［4］。

以上添加劑配比適當，加入方法合理、使其在電解液中分布均勻，則有利于陰極銅質量的穩定和提高。添加劑若配比不當或加入過量，不僅無益，反而有害。

3 祥光銅業電解二車間添加劑的選用與生產實踐

祥光銅業電解二車間于2010年6月份建成投產，分為東、西兩個系統，共720個電解槽，東、西系統各半，添加劑在東、西系統中分別加入，使用的添加劑為骨膠、硫脲和鹽酸。電解二車間平行流技術的使用，可以使添加劑在每個槽內分散的更加均勻。

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

骨膠和硫脲需要經過溶解后加入到添加劑計量槽內，而鹽酸則需加入到鹽酸計量槽稀釋后單獨加入到電解液循環槽，經電解液循環泵泵至板式換熱器，加熱至63℃左右后，以穩定的流量（85～95L/min.槽）供到各個電解槽。電解槽供液采用側面給液、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槽。

3.2 添加劑溶解操作步驟：

（1）清洗溶解槽，往溶解槽內加水，上空約300mm，開攪拌機攪拌。

（2）向水內通蒸汽加熱，待水溫升高到60～65℃后，關閉蒸汽閥門。

（3）準確稱量添加劑，倒入溶解槽內，保溫60min以上。

（4）關氣動閥，排空計量槽內殘余添加劑。

（5）清洗計量槽后，停溶解槽攪拌，將溶解槽內添加劑混合液放入添加劑計量槽，再補水至標準液位處（0.6±0.05m）。

（6）將規定量的鹽酸從鹽酸儲槽放入鹽酸中間槽，向鹽酸計量槽內先加入少量水，將鹽酸中間槽內鹽酸放入鹽酸計量槽，補水至標準液位處（0.6±0.05m）。（7）添加劑和鹽酸的加入時間，添加劑：東系統15:30之前加入，西系統16:30之前加入，鹽酸：東系統15:30之前加入，西系統16:30之前加入。

3.3 添加劑加入量和陰極銅表面質量的關系

在一定的電解液銅濃度、酸濃度、流量及電流密度等參數下，加入合適的添加劑是獲得高品質陰極銅的重要保障。

表1 添加劑的用量與陰極銅表面質量關系

3.4 電流密度對添加劑用量的影響

不同的電流密度，陰極銅的生產周期不同，電流密度越高，陰極銅的生產周期越短，單天內所需的添加劑的量也有所不同；根據生產實踐，不同的電流密度下如下骨膠、硫脲、鹽酸的配比，可以獲得優質的陰極銅。

圖2 結晶粗糙，邊緣粒子較多

圖3 結晶較為致密，板面有粒子

圖4 結晶致密，粒子消失，表面光滑

圖5 堅硬、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，所以對添加劑的準確控制提出了更高的要求，稍有偏差就有可能導致陰極銅表面結晶粗糙、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 結論

祥光銅業電解二車間2011年6月8日平行流電解新工藝通電生產，7月份電流密度達到設計值385A/m2，10月份電流密度提高到420A/m2，產能達到30萬t/a,至此一直穩定連續生產，生產出高于GB/T467-2010 標準要求的A級銅，電流效率高達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級銅產品質量合格率高達100%，物理性能按塊判定，A級銅按公司管理辦法判定歸為三等級［6］；影響陰極銅外觀質量的因素除了添加劑配比不當、加入量不均勻外還有很多，我們在目前所取得成果的基礎之上，還要進一步優化探索，使陰極銅質量再進一步提高。