提高銅精煉陽極板質量的生產實踐

呂新寧

（山東方泰循環金業股份有限公司，山東 煙臺264000）

1 前 言

山東方泰循環金業股份有限公司銅精煉系統于2010年7月投產，該系統是連接熔煉和電解的重要環節，采用傳統的固定式反射爐粗銅火法精煉工藝。系統主要設備為1臺100 t和2臺120 t反射爐、2臺單圓盤澆鑄機、2臺落地式加料機。生產原料為外購紫雜銅、銅錠、自產粗銅等，澆鑄的陽極板大部分自行電解，部分外銷。投產初期受諸多因素影響，產品合格率嚴重偏低，給公司生產運營造成影響，經過采取合理措施后，產品的合格率逐漸提升。

2 電解對陽極板的要求

銅電解精煉的生產效率、電流效率和電解銅質量很大程度上取決于陽極板的物理性質［1］。為滿足公司電解精煉要求，規定標準為陽極板厚度38～44 mm（視開動電流大小而定），上下端厚度≯4 mm，表面平直，飛邊毛刺≯5 mm，板彎曲度≯5 mm，鼓泡≯5 mm，氣孔直徑≯5 mm，表面黑皮部分≯單面面積的1/4，銅板耳部堅固飽滿，不得有冷隔層及折損，兩耳端部距離（1 029±5）mm。陽極化學成分（Cu+Ni）≥99.2% ，Pb≤0.2% ，Ni≤0.3% ，As＜0.04% ，Sb＜0.03%，Bi＜0.002%，O2為 0.1%～0.15﹪。在電解陽極整型工段處理無法滿足物理規格的，都會返回精煉爐做廢品處理。化學成分若超出一定含量，電解精煉通過采取一定措施，可以產出合格陰極銅［2-3］，因此主要分析影響陽極板物理規格方面的因素。

3 影響陽極板質量因素

3.1 模具的質量

陽極模具是陽極板成型的關鍵工具，其質量包括了材質的優劣，加工水平的高低，在圓盤上校模水平度。

1）材質。陽極模材質良好是保障陽極板合格率的必需條件，也是降低單耗的重要因素。銅陽極模具的材質主要有紫銅、鑄鐵和鑄鋼。紫銅模具資金占用較多，返爐還會占用陽極爐處理冷料的時間和能力，鑄鋼模制作價格不菲，綜合考慮選用了鑄鐵模具。由于公司投產之初資金緊張，陽極模具主要由當地小規模鑄造廠提供，這些模具在使用中出現了嚴重質量問題。澆鑄過程中新模子澆鑄點被沖出凹坑，陽極板背面有凸包（10 mm），有的陽極板彎曲比較厲害，甚至出現陽極模炸裂（斷模），導致無法繼續澆鑄。雖然這些模具價格優勢明顯，但材質無法滿足澆鑄銅水的要求。由于廢品率過高只能中斷生產，公司損失較大。停止使用這批模具后，模具改用專業鑄造銅陽極模具廠家的產品，材質得到保障，產品合格率達到98%以上。

2）加工水平。設計陽極模具時，針對可能發生的頂板不起、耳部彎曲、表面凹凸等情況作了嚴格要求。若做工粗糙會影響陽極板合格率，甚至產生廢板。要求陽極模具內部全部采用圓角，各圓弧連接部應圓滑。內型表面不得有裂紋、氣泡、夾渣、砂眼等缺陷。表面平直度及平行度按圖紙規定制作。但是很多鑄造廠家往往不明晰電解精煉對陽極板的嚴格要求，生產的模具內型面出現大砂眼，澆鑄幾噸銅之后陽極板背面便出現凸起，只能用角磨機打磨才能使用。鑄造廠未重視圓角加工，導致陽極板脫模困難，陽極板被頂變型成為廢板。模具頂針孔與頂針不匹配會導致灌頂針，導致陽極板頂針處有較厚的飛邊毛刺。陽極模具到廠后應嚴格做好驗收工作。

3）校模水平度。水平度關系到陽極板厚薄是否均勻，電解對此要求嚴格，尤其關系到電解周期安排及殘極率，若出現下厚上薄則電解后期容易斷掉。出銅前必須完成校準工作，出銅過程中要不斷地進行檢查校準。龜裂嚴重和變型嚴重的導致無法校準時，應及時進行更換。

3.2 溫度控制

1）銅水溫度控制。銅水溫度過高會吸收大量的有害氣體，使陽極板凝固時出現大量氣孔，同時也會使模具過熱，縮短使用壽命。銅水溫度過低會增加陽極板的飛邊毛刺，耳部會出現分層現象。銅水溫度宜控制在1 120～1 150℃（高出銅熔點40～70℃），產出的陽極板較致密。

2）模子溫度。模子溫度過高會導致陽極板澆鑄點位置起包，模溫過低容易發生放炮現象，放炮部位毛刺增多，若耳部放炮會導致耳部開裂。模具溫度控制在120～160℃為宜。頂噴淋冷卻對模子的冷卻效果差，且會產生大量水蒸汽，因此應加強底噴淋冷卻，若澆鑄速度加快可同時輔助水管澆鑄點，模具溫度可控制在正常范圍。

3）冷卻水溫度。取板槽的水需保持較低溫度，在水激冷下，表面的氧化銅可以掉落。而溫度過高陽極板未等冷卻完畢便被運走，導致陽極板表面“黑皮”過多影響質量。及時調整循環冷卻水，避免出現沸騰現象。陽極板耳部在取板槽中充分冷卻可以減少倒運過程中機械彎曲。

3.3 階段操作

1）氧化階段是去除雜質和提高銅水溫度的重要操作。雜質中硫對陽極板的影響較大，因此加強氧化操作終點判斷可以預防陽極板出現“竄硫包”現象。氧化結束現象為：爐內無渾濁煙氣，銅液清亮。取樣銅試樣為：表面凹槽，斷面無硫線，方塊結晶，呈磚紅色，氧化斑分布均勻。

2）將氧化過程中產生的氧化亞銅還原成銅，還原不到位時，陽極板表面會大皺褶起包，這時一方面可以一邊出銅一邊還原，不嚴重情況下可以向澆鑄包內旋轉木炭。還原時如果還原過了，氧含量減少，氫含量增加，陽極板會有氣孔產生。還原終點試樣為：表面平整細皺紋，斷面顆粒明顯，金屬星上下分布均勻，呈玫瑰紅顏色。還原劑質量較差會導致還原不到位及含硫升高，采用新型煤基復合還原劑效果較好。標準為：C≥70%，灰分≤16%，水分≤4%，揮發分≤12%，硫≤0.5%。低位發熱量≥29 301 kJ/kg，粒度0～3 mm。

3）出銅過程中以倒包手為主，扒耳、刷模、起板為輔，從而減少陽極板損壞。另外叉車在運輸過程中操作不當會將陽極板耳部折彎，應做好監督工作。

3.4 設備設施

出銅采用的單圓盤人工澆鑄，生產初期對于陽極板厚薄控制不佳，陽極板經常溢模產生大的毛邊。將陽極模具內槽深度由42 mm改為44 mm，同時在40 mm模具內邊側位置開小槽做標記，改造后陽極板厚度均勻、毛刺減少。生產初期澆鑄包包口磚采用四溜口，沖擊壓力大，銅水流量小，造成飛濺毛刺多而且耳部經常不飽滿，澆鑄時間長。通過改造包口磚變為單溜口，同時降低了包子口與模具的落差，壓力變小流量變大，使問題得到解決。改造后的包口磚結構如圖1所示。

圖1 改造后的包口磚結構

為提高澆鑄包可控性，將電動控包改為杠桿手動控包，減少了因電機慣性造成的陽極板厚薄不均。

4 結 語

公司精煉系統通過摸索，生產的陽極板合格率保持在98%以上，作業成本費用隨著產品合格率的提高，每爐可降低千元左右。相對于傳統工藝，可控條件多，挖掘潛力大，下一步將通過加強生產管理和考核工作進一步提高陽極板質量。

參考文獻：

［1］ 王文祥，劉志宏，章誠.影響電解銅質量因素分析［J］.有色礦冶，2001，17（5）：25-28.

［2］ 申利民.高砷銻陽極電解精煉的生產實踐［J］.湖南冶金，1995（2）：29-30.

［3］ 曹昌盛，史建遠，吳永松，等.低品位陽極大板高電流長周期銅電解生產實踐［J］.有色金屬，2011（4）：6-9.