降低傳統法電解陰極銅貼標率

孔祥明

(江西銅業集團公司 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系統，分別為7.5萬t老系統、7.5萬t新系統、五萬噸及東擴系統。年產陰極銅35萬t。近年來，面對復雜陽極電解，需要消化贊比亞、第一量子、中色云銅、英美、豐城、深圳陽極等多種復雜陽極。市場對陰極銅的物理外觀也有了進一步要求，廠部對陰極銅外觀質量制定了更詳細的標準。根據電銅外觀質量，將電銅分七類進行銷售：1期貨銅、2現貨銅、3非交割A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。降低貼標銅就是降低非交割A級銅、非交割1號銅的數量。

1 貼標現狀(2020年1—5月平均711包)

貼陰極銅標的依據：

第一類：陰極銅結晶有關的(圓頭、開花、樹枝、密集粒子)。

第二類：和清洗有關(電銅表面應潔凈，無污泥、油污、電解殘渣、硫酸銅結晶等外來雜物)；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 傳統法陰極銅貼標數量

2 影響貼標率的主要因素

2.1 陽極種類

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

在以往使用過的清遠、梧州、英美雜銅陽極中產出的陰極銅，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%。超標板產出來的陰極銅，其物理合格率明顯低于正常陽極產出來的陰極銅。特別是2018年傳統法電解需要消化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，均需傳統法電解進行處理。

2.2 極板加工

陽極銑耳對電解的導電性及陽極在電解槽內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遠小于25 mm。兩極近距離放電過強，造成局部電銅晶體粗糙。粗糙的晶體快速發育成密集型粒子，從而影響陰極銅貼標率。

2.3 生產操作

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

3 優化改進措施

針對以上三條影響貼標率的因素，確定以下優化改進措施。

3.1 控制陽極物料 不同陽極分類管理

通過控制陽極物料，解決傳統法陰極銅液位線粒子和整板面圓頭粒子。

傳統法電解裝入的陽極以一系統熔煉自產的礦銅陽極為主；摻雜少量雜銅陽極，通過技術攻關并消化。

高雜質陽極先上一槽試用，在不影響化學成分和物理合格率的情況下，再正式安排使用。傳統法電解老、新、五萬噸系統盡量讓物料統一，大量外購陽極單獨進入東擴系統。

通過數據分析，發現贊比亞陽極裝槽量和貼標率成正比。表1為2019年3月—2020年2月貼標銅量和贊比亞陽極裝槽情況。

圖1 贊比亞陽極與標貼銅的關系

針對贊比亞低砷陽極，先在有整流系統的實驗平臺(有10個電解槽)進行實驗。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。得到的結果為：低砷贊比亞陽極在電流密度250 A/m2可以組織生產。最終，將用于消化贊比亞的東擴系統電流密度確定為255 A/m2。

但在實際大批量組織生產過程中，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速度。5價砷可在電解液中累計，并成為減少銻鉍進入電解液的一個重要的控制參數。銻鉍形成砷化物BiAsO4和SbAsO4，同時分別析出。如果析出發生在陽極表面，便進入陽極泥。倘若析出發生在遠離陽極表面的地方，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低于200ppm。在無法改變砷含量的情況下，可以通過改進進液方式和增加干酪素進行優化控制。電解液需要不停地循環，目的是傳質傳熱[3]。傳統法電解的進液方式均為底進上出，這有利于消除電解液在槽內形成的濃差極化，卻不利于飄浮陽極泥的沉降。

為了減少漂浮陽極泥，將東擴系統的進液方式改為上進下出。銅電解精煉生產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。

通過生產實踐發現：低砷陽極裝槽比例低于50%，生產系統比較穩定。同時，在東擴系統配入含砷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出來的陰極銅外觀差的問題，減少了贊比亞陽極產生電銅被貼標的情況。

通過分類管理、功關及優化陽極物料，外購陽極生產的陰極銅，其貼標率明顯地減少。

3.2 優化機組對始極片的加工和陰極銅附酸清洗

3.2.1 增設始極片底部切邊機

因種板生產工藝決定始極片底部存在的肥邊現象，直接導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致的貼標銅數量。

圖2 切邊機

圖3 專項洗滌噴嘴

3.2.2 增加專項洗滌噴嘴

為有效解決傳統法陰極銅吊耳部附酸這一國內外冶煉廠普遍存在的共性問題，陰極銅洗滌機組入側增加了7對吊耳專項洗滌噴嘴，消除了吊耳內部洗滌盲點，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致陰極銅后期產生表面附酸現象，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，以此減少因附酸導致的貼標銅數量。

3.2.3 始極片壓紋棍改進

將原有的窄邊壓紋棍改進為寬壓紋棍，消除壓紋粒子。

3.3 生產管理和操作精細化

以電解數據摸塊為主導，精細管理好電解液的銅酸、體積和溫度。在生產操作過程中整陽極、打排列、照缸進行操作，精細過程控制。通過生產管理和操作，解決傳統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，減少貼標銅。

3.3.1 更換電解槽、實心導電排、調整槽幫水平度

2020年，將新系統33、34、35、36組(共108個電解槽)更換為整體樹脂槽，完成972塊實心導電排更換。在槽幫上面墊絕緣膠皮、導電排、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行有計劃更換，共更換老系統、五萬噸約340塊，保證始極片壓在槽幫上面的水平度的統一。

由于基礎條件的提升和改進，產出的陰極銅相應得到提高，減少了因老化的電解槽引起粒子銅的產生，減少了貼標銅。

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、五萬噸系統電解液中的砷含量始終在12～14 g/L，供液管容易結垢。

針對這一問題，對全系統的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生的貼標銅。

3.3.3 消除電銅上口、鉚耳粒子

根據實際生產需要，在槽面電解生產管理的過程中，應隨時關注陽極溶解情況[6]。

五萬噸、東擴系統為一頭進液、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，進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，以始極片上口為標準，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。

傳統法的老、新、五萬噸、東擴系統降低中液位。以始極片鉚耳孔為標準，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，消除了因電流提升造成鉚花凸出，極距減少而產生的鉚耳粒子。

通過以上改進，提升了電銅外觀，減少了貼標銅數量。

4 優化及改進工藝后效果

由圖5可見，貼標銅數量由原來平均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 結語

隨著公司生產原料發生變化，貴溪冶煉廠自2018年起大量進口外購陽極。由于外購陽極成分差異，導致陰極銅物理合格率不斷下降，“貼標銅”數量不斷攀升。降低貼標率作為一個目標，在完成該目標的過程中，對低砷陽極電解有實質性的認識和進步，使低砷陽極電解能力走在國內前列。通過物料分類、機組加工、生產精細管理、技術上創新、管理上突破，減少了貼標銅，提升了陰極銅的品質，達到提質增效的目的。

圖5 2020貼標銅數據 (單位：包)