銅電解精煉中陰極銅結粒成因探討

易淑芳，曹昌盛，劉宇峰，范 翔，馬登峰，高玉利，劉建新

（大冶有色金屬股份有限公司，湖北 黃石 435000）

大冶有色公司于2018 年大電流密度生產不銹陰極銅以來，陰極銅質量始終存有震蕩，特別是近幾年來，根據市場經濟的打擊，企業為了生存追尋利潤最大化的生產需要，增大低銅低硫品位、含雜較高銅精礦及再生資源的解決，造成陰極銅長凸瘤、長粒子現象嚴重，物理外觀不符合國家標準，乃至化學品質也出現了震蕩。則結粒的陰極銅，在下游產業鏈當中存有加工性能比較差，嚴重限制企業的發展與生存。本文對陰極銅表層粒子的構成因素做出來探討并且提出了相對應的防御出現結粒的對策。

1 銅電解精煉的技術原理

在銅業生產當中，對于陰極銅產成品的質量管控主要來自于管控陰極銅的晶核產生速度，使其可以被管控在適當陰極銅表層光滑結晶的生產環境上。當前，常見的銅電解精煉工藝主要是經過在電解液中混入一定比例的添加劑進而在銅電解精煉當中改變陰極電勢，進而被管控陰極銅生產速度，確保光滑結晶的出現。然而，在實際情況的工業生產當中，銅電解精煉的生產流程中的每個程序發生問題，都會造成陰極銅局部或整體板面所需的加大極化的有效添加劑的缺少，晶核的成長狀態從而產生變化，陰極銅表層產生結粒[1]。

造成陰極銅結粒的因素比較多，陰極板的質量、陰極片的質量、加工電流密度、加工技術管控以及電解液當中懸浮物的含量及添加劑的含量比例都會造成結粒的產生，不一樣原因下出現的結粒在物化特點方面也會存有突出的差別，真正的加工產生過程當中能夠按照結粒的狀況辨別結粒產生的因素，采用具有針對性的生產管控對策確保銅電解精煉的效果。

2 銅電解精煉中陰極銅結粒的原因

2.1 陽極板質量

陽極板是陰極銅點解精煉加工流程中的重要原材料，陽極板的質量作為影響陰極銅結粒狀況的重要原因，詳細表現在以下幾方面。首先，在陽極板的額物流外觀方面，假如陽極板存有著表面毛刺比較多，板面厚度不是很平均的現象，那就會造成電解過程中出現陰陽兩極距離的偏差比較大，電解電流的穩定性和分布特點比較不平均，進而使陰極銅表面部分區域結粒比較突出。其次，若陽極板的表層存有比較多的鼓泡時候，就會容易在電解過程中導致陽極板表層部分區域嚴重脫落，進而造成在點解溶液當中發生銅粉雜質影響陽極板的表層結晶現象。最后，還體現在陽極板在化學成分層面的表現，若陽極板當中的氧含量與鎳雜質超高，那就會在點解過程中產生氧化鎳，進而對陽極出現影響[2]。

2.2 陰極片質量

永久不銹陰極片（傳統電解是始極片）的質量問題也作為銅電解精煉中陰極銅結粒的一個很重要的因素。不銹陰極使用時間過久半年變形嚴重及始極片（傳統電解）自身的質量問題及加工研制參數管控的偏差都會造成陰極銅表層產生結粒。首先，陰極片產品自身存有明顯的質量問題，在開展種板制作時未對始極片展開嚴格的管控，造成表層比較粗糙，這種粗糙程度比較大，晶核生長受到阻礙也會造成表層非正常的結粒產生。其次在銅電解精煉過程中的運行不正確，造成陰極片在加工過程時產生一定的彎曲、變形及垂直度比較差等相關問題，這一問題對陰極銅結粒的影響主要表現在，在變形的陰極片在通電之后，陰極片中形變比較嚴重的區域所經過的電流密度比較大，進而很容易造成部分的結晶。距離凸面的頂端越近，表面結晶就會嚴重，最后陰極片加工紋路比較深也會提高陰極銅表層結粒的幾率。因此在銅電解精煉中以不對陰極銅的懸垂值與輕度出現影響為前提，要對壓紋輥的縫隙展開嚴格的管控，另外在裝槽的進程中為了減少陽極和凸紋面的距離過遠要時刻展開人工調整，進而確定通電是電流密度的統一性，減少因為陰極銅質量問題造成的安全事故。

2.3 添加劑加入量與配比

2.3.1 明膠加入量不夠

明膠加入量不足時，陰極表層的活性點不能完全得到控制，以活性點為核心的結晶體快速表成結粒，比較輕的時候單層大面積出現很多的結粒，嚴重的時候陰極銅的兩面具有大面積的結粒。所以，對添加劑膠就要十分重視起來，要定期或不定期對其開展檢查，經過看顏色與溶解之后的黏度，確保有效膠的增加量。

2.3.2 明膠加入量過多

添加明膠的作用是降低液體的表面張力，預防粒子核的構成物質在陰極板上的吸附，獲取一個平滑的表層。但是添加過量有可能在電極表面構成特異的界面，被抑制粒子與針狀的電沉積又復活，形成陰極銅表層雙面結粒。此外電解液中增加許多的明膠，致使電解液的黏性增大，陽極泥粘附在陰極表面構成結粒。我國銅廠明膠的類型、管控的量及添加的位置都有很大差別，就需要經驗選擇合適自己的膠量范圍。但不可以過多依靠明膠，造成過多的加入量[3]。

2.3.3 明膠與硫脲配比不合理的影響

陰極銅生產過程中，為了將結晶精細化，在電解液中適量加入添加劑硫脲，和明膠組成一定的配比，電解液表層張力減少，電極表層的活性核被束縛，進而制止結粒的出現。當這種硫脲的增加量不夠時候，在陰極銅產生中期表層開始變得粗糙，嚴重時候表層造成密麻閃光的雛形多面體，所以要時刻增加硫脲的加入量，在一個周期之內就可以消除。

2.4 電解液中懸浮物含量超高

我國銅廠當前電解液的懸浮物含量都管控在小于等于十升沒毫克，但是檢測水平存有差別化，經驗管控比較多。若懸浮物含量超越一定的范疇，將會加強陰極銅的結粒，所以電解液的過濾不可小覷[4]。

2.4.1 漂浮物雜質造成陰極銅結粒

陽極中的砷、銻、鉍在電解過程當中失去電子之后進入電解液產生水解反應，砷、銻以亞砷酸根離子與壓銻酸根離子狀態存在，最后氧化為砷酸根離子與銻酸根離子，鉍和砷、銻酸根離子融合成為很細的砷酸鉍及銻酸鉍的絮狀物體，并且束縛其他物質漂浮在電解液當中，很容易被束縛到陰極表層形成晶核而結粒。

2.4.2 陽極泥吸附在陰極表層造成陰極銅結粒樣

陽極生產進入到第二周期之后，陽極板上全覆蓋著一層疏松的陽極泥，在始極片裝槽的時候，很容易碰到陽極而黏上陽極泥，或黏貼陽極上的陽極泥在干裝的時候自然脫落粘附到陰極上，通電之后就會形成結晶的中心而迅速結粒。陽極泥結粒大部分都產生在陰極的下半部分中，尤其是下部的兩個角落。所以裝槽時就要預防始極片碰到陽極板，不讓陽極泥粘到陰極上面；此外，能夠合理的在陽極板還原過程中管控提升陽極泥的配比。

2.4.3 陽極上粘附的氧化銅粉造成陰極銅結粒

陽極在澆鑄的過程中時，液態銅和空氣中的氧氣發生反應，陽極表面被氧化成氧化銅或者氧化亞銅，裝槽之后和電解液當中的硫酸發生反應形成銅粉。若銅粉未全部沉降前通電，就會漂浮到陰極表層成為結晶的中心，最后成為開花形狀的粒子，并且和板面的接觸面小，很容易被擊落。所以要增強陽極泡洗，特別的原因就要合適的管控通電時間，使得電解循環系統一個小時之后繼續通電。

2.4.4 脫模劑硫酸鋇造成陰極銅結粒

陽極在澆鑄操作中摻雜在表層的脫模劑硫酸鋇，隨著陽極溶解脫落進到電解液中，因為其密度較小、沉降艱難，和漂移陽極泥類似懸浮在電解液當中，隨著電解液的循環吸附到陰極表層形成晶核而結粒。漂浮物粒子很大部分產生在電銅的上半部分，嚴重時候在電銅的上沿長成簾狀結晶。所以要增強陽極板澆鑄的管控，使陽極板中澆鑄料的摻雜量較少。就要在電解過程中合適的提升電解液溫度與減少銅離子濃度來使電解液的黏度與密度，或者往電解液當中加上絮凝劑干酪素，使得沉降速度提升，降低被粘附到陰極表層的幾率。

2.5 運行管理問題

銅電解在生產過程中，永久不銹陰極使用過久變形嚴重、始極片的生產加工、陰陽極裝槽質量水平、電解液循環量以及溫度管控等每項流程的操作管理都會導致陰極銅的最后質量出現影響。特別是陽極板的物理缺陷以及陰陽極裝槽之后形成的極具不均勻及不對稱的問題，會導致陰陽極電力線分布不均衡，部分電流密度超高，引起陰極銅表面節流或者長很多不相同結晶，特別是在陰極邊緣情況比較嚴嚴重，表現出“邊緣效應”。

3 陰極銅表層結粒的控制對策

為了更加有效的處理陰極銅表層結粒情況，及規避類似問題在以后的制造中再次產生，通過相關研究與探究，應用了以下措施。

3.1 增強電解技能條件的管控

應用以下對策，保證電解液成分均衡、電解技術條件與整體系統穩定。

（1）為了確保電解液成分的平衡性，減少部分地區出現過度震感，對凈化溶液的抽取經集中作業改換為二十四小時持續平衡工作。

（2）對凈化之后、出裝槽技術出現的陽極泥液及洗水等通過兩次過濾混合之后在均衡的導入系統中[5]。

（3）每班按照電解液化驗分析結果，堅持少補及時補充、小流量補進的標準改變電解液硫酸含量，減少電解液當中硫酸濃度的變化程度。

（4）按照電解液的蒸發量與當天產生作業狀況，實現小流量持續填充冷凝水，嚴格管控各個溶液儲罐的液位，確保電解液總體積的穩定性。

3.2 增加劑配比的調動

轉換添加劑的配置措施，增大添加劑配置槽體積，配制好的添加劑用計量泵持續平穩的導入系統，確保電解液中添加劑的平衡穩定。

按照明膠、硫脲在電解過程當中各自的作用機制，在確保陰極銅化學成分合格的基礎上，改變添加劑的投放量，使得明膠與硫脲的作用互相配合，充分發揮出其減少電解液表層力量、精細化結晶以及壓制結粒成長的效果，使得陰極銅表層結粒獲得有效掌控。

3.3 增強生產操作管理

對于陽極板產生陽極泥率高的特征，對過濾機的過濾成效展開改善，按照過濾機的使用時間調整溶液過濾含量，并且延長拆洗過濾機的時間，將濾布上形成有效濾餅層，提升溶液過濾質量，確保溶液潔凈度。增強陽極板的平整、沖洗以及泡洗的工作，并且嚴格對新裝槽陰陽極版質量進行控制，保證陰陽板對正、極距均衡，對存在嚴重物理不足的陽極板展開改進，減少其對陰陽析出質量造成影響。嚴格管控電解液溫度，針對完成出裝作業的電解槽，溫度滿足條件之后可繼續通電運作。增強對槽面的管理，時刻檢驗解決陰陽極短路問題，對電解槽實施蓋布措施。

4 結語

在銅業加工生產過程中，銅電解精煉是一種對于技術管控及原材料質量水平標準較高的運作解決流程，在陰極銅的生產過程中起著十分重要的意義。則在此過程中，為了確保陰極銅生產品的質量水平就需要做好以下措施。第一要確保陽極板和陰極片的質量，做好材料的質量管控工作。第二在銅電解精煉過程中要確保電解液的成分可以貼合條件且保障穩定性，掌握生產過程中的每項參數。第三在生產過程當中保證運行的規范，減少在加工過程中出現人為污染等問題。第四在銅電解精煉過程當中，開展實施監督，針對解決過程中的存有的問題及時進行處理，從而促進陰極板的質量不斷穩定提升。