非標陽極板直接電解生產實踐

項 超，程貴桃

（江西銅業（清遠）有限公司，廣東 清遠 511545）

江西銅業（清遠）有限公司是以廢雜銅為原料生產陰極銅的生產企業，年產陰極銅10萬噸，設計原料品位為94%的紫雜銅，電解工序采用大極板長周期生產。近幾年，受市場和各種因素影響，廢雜銅冶煉市場加工費倒掛，投產以來一直處于虧損狀態。為徹底扭轉虧損局面，公司一方面加大低品位高附加值原料的采購量，一方面外購一批陽極板以彌補陽極板自給缺口以確保陰極銅產量。

1 參數對比

經過充分的市場調研，公司找到一批進口粗銅，其外觀類似自產陽極板，主品位在98.5%～99.2%，含鎳0.3%～0.4%，含砷則只有0.01%，其他雜質與自產陽極板相當，我們稱之為非標陽極板。參數對比如表1。

表1 自產陽極板和非標陽極板對比

由于非標陽極板外觀類似自產陽極板，但采購價格卻以粗銅計，如能實現直接裝槽批量生產，將帶來非常可觀的收益。通過小規模人工裝槽試驗，經過一個全周期精心維護，產出的陰極銅達A級銅標準比例的有85%以上，具有較大的經濟可行性。但要實現直接裝槽量產，必須依靠自動化。

2 批量生產實踐

2.1 生產工藝參數

我廠陰極銅的生產采用的是傳統電解生產工藝，共有456個生產電解槽，每槽47塊陽極，48塊陰極，同極距105mm，陰極周期12天，陽極周期24天，電流密度250A/㎡，整個生產系統共用一套整流器，電解液采用下進上出方式，凈液系統配有一個三系列脫銅脫雜系統和一套三罐硫酸鎳生產系統。加工機組有陽極加工機組、陰極加工機組、陰極銅加工機組、殘極機組及導電棒輸送機組，自動化程度較高，適合批量自動化生產[1]。

2.2 非標陽極板批量加工生產實踐

由于非標陽極板耳部較高，無法直接通過陽極加工機組，通過用一木板仿制非標陽極板尺寸，通過模擬加工實驗，經過一系列加工機組和PLC控制程序的改進，使非標陽極板批量進入陽極加工機組，順利實現機組自動排距，為批量生產打下基礎。

2.3 非標陽極板電解行為分析

（1）物理特性分析。非標陽極板板面比自產陽極板厚度多出15mm左右，導致電解時同極距僅有90mm，更易形成短路；耳部相比偏厚20mm，普通行車吊鉤難以起吊，短路難處理。經對比，非標陽極板耳部重量是自產陽極板的3倍以上[2]。

（2）雜質行為分析。對比非標陽極板化學成分，其與自產陽極板最大區別在于含鎳較高，含砷過低。鎳的標準電極電位是-0.25V，而銅的標準電極電位為+0.34V，兩者電位相差極大，故在電解過程中，鎳主要以Ni2+形式溶于電解液中，而極小部分部分鎳則與粗銅中的氧結合生成NiO，NiO不溶于電解液，在陰極表面生成一層致密的片狀粒子，造成陽極“鈍化”，使陽極電位、槽電壓升高，降低電流效率。還有更小部分鎳與粗銅中的砷、銻結合生成溶解于銅中的鎳云母（（6Cu2O·8NiO·2As2O3、6Cu2O·8NiO·2Sb2O3）），它同樣在陽極上生成一層致密的但導電性差的薄膜，導致陽極“鈍化”和槽電壓升高。但鎳屬于價值較高的金屬，可回收以提升經濟效益[3]。

在銅陽極電解過程中，砷的標準電位僅次于銅，然而在通常的銅電解精煉條件下，不會在陰極上電化學析出。只有在當電流密度大于300A/m2，銅離子濃度降低和電解液循環不良時，才有可能發生，影響陰極銅純度。

但同時更多的研究表明，砷在銅電解過程中是有益的。尤其對銻、鉍引起的有關問題，砷可起到緩解作用。大多數冶煉廠保持陽極板內As/（Sb+Bi）比大于2。低As/（Sb+Bi）比對陽極板電解的影響如下：①浮泥增加、陰極頂部結瘤，陰極表面質量下降、循環縮短、電流效率降低；②陽極泥更薄、更密、裂紋少，更有韌性，在清洗過程中更易粘附、陽極鈍化、氣體揮發更明顯。

2.4 非標陽極板直接電解攻關措施

針對上述分析，通過采取以下措施，使非標陽極板電解產出的陰極銅全部達到了A級銅標準，電流效率也接近自產陽極板。

①進一步改造陽極加工機組，使其實現普通排距和中間間隔一塊排距兩種模式，將非標陽極板與自產陽極板1∶1交叉混裝排距入槽，加大了同極距，解決了行車起吊陽極困難問題，同時使混裝槽組的陽極中As/（Sb+Bi）比≮2。②調整陰極周期至10天，陽極周期20天，同時將自產陽極板單重下調，使其板面重量與非標陽極板的一致（除耳部），實現重量匹配。③改進行車陰極吊鉤，將陰極吊鉤間距加大6mm，解決陰極吊鉤無法直接起吊陰極問題；研制旋轉短路處理器，提高處理短路效率。④控制非標陽極板與自產陽極裝槽比例在0.2左右，以控制鎳在電解液中的濃度。⑤適當加大電解液循環量，提高電解液懸浮雜質的處理速率；加大電解液凈化量，控制電解液銅濃度在40g/L-42g/L，加大電解液脫鎳能力，使電解液鎳濃度控制在30g/L以下。⑥嚴格控制電解液溫度在60℃左右，電流密度控制在250A/㎡，適當增加鹽酸，減少骨膠使用量，以利于雜質沉淀。

通過上述改進措施，起得了極大的效果，相比整槽全裝非標陽極板，作業率提高了5個百分點，電流效率翻番，接近自產陽極板，去除耳部因素影響，殘極率僅略高于自產陽極板，實現了非標陽極板電解生產效率最大化。該生產方式屬國內首創，通過成功攻關，實現批量生產，成功地抓住了該進口粗銅（非標陽極板）的采購話語權。

3 生產效益分析

通過等比混裝非標陽極板直接電解，2016年全年實現批量電解1.75萬噸非標陽極板，產出的陰極銅99%以上達到A級銅標準，全部改造投入僅20萬元不到，產生直接經濟效益600余萬元，全年增加硫酸鎳產量350噸。

非標陽極板的直接電解成功，是我廠實現經濟冶煉的一大重要舉措，為我廠實現盈利發揮了重要的作用。

4 結語

①高鎳低砷的非標陽極板只要技術條件控制得當，完全可以產出合格的A級銅。②加大電解液循環量，提高電解液提取硫酸鎳能力，對凈化電解液很重要。③控制略低的電解液含銅量有助于非標陽極板電解時Cu2+的析出。