提高銅電解陰極銅質量的生產實踐

（北方銅業股份有限公司垣曲冶煉廠，山西 運城 043700）

目前，陰極銅質量標準執行《陰極銅國家標準GB/T467-2010》，不僅對化學品質主品位以及雜質含量有嚴格要求，對表面質量也有明確要求：①陰極銅表面應潔凈，無污泥、油污、電解殘渣等外來雜物。②陰極銅表面(包括吊耳部分)，綠色附著物總面積不大于單面面積的1%。③因潮濕空氣的作用，使陰極銅表面氧化而生成一層暗綠色者不作廢品。④陰極銅表面及邊緣不得有呈花瓣狀或樹枝狀的結粒（允許修整）。⑤陰極銅表面高5mm以上圓頭密集結粒的總面積不得大于單面面積的10%（允許修整）。

北方銅業股份有限公司垣曲冶煉廠銅電解系統采用傳統始極片生產工藝。通過對陰極銅質量分析，垣曲冶煉廠的陰極銅化學品質98%以上可達到A級銅，但由于物理外觀原因，主要是表面粒子，部分產品只能降低等級銷售，A級銅的合格率只有92%左右。由于A級銅和1號銅、2號銅存在銷售價差，提高產品質量，可以明顯提高企業的經濟效益。

1 現狀

根據對2014年至2017年的陰極銅統計，電解生產系統A級銅的產出率四年平均為92.36%，與先進指標相比存在一定差距。為分析影響A級銅產出率低的問題，對1號標準銅進行了分類統計分析（見表1）。1號標準銅中5%的銅是由于化學品質不合格，95%的1號陰極銅化學品質可以達到A級銅，但物理外觀達不到要求。影響陰極銅品質的主要原因是物理外觀，物理外觀缺陷進行了分類：一是陰極銅上沿粒子；二是陰極銅邊緣開花狀粒子；三是陰極銅板面粘附粒子；四是陰極銅表面紋理粗，結晶不致密；五是其它物理缺陷。

表1 陰極銅物理缺陷種類統計表

從表1可以看出，陰極銅表面上沿粒子、板面粘附粒子、表面紋理粗，結晶不致密占1號標準銅93.6%。因此只要解決好陰極銅表面上沿粒子、板面粘附粒子和表面紋理粗、結晶不致密的問題，就能達到提高陰極銅質量的目的。

2 陰極銅上產生粒子的原因分析和應對措施

按照陰極銅上產生的粒子的部位，可以分為三大類，并研究相應的解決措施：

2.1 上部粒子產生的原因

通過觀察，陰極銅上部粒子產生的主要原因是電解液雜質含量高，形成難于沉降不易過濾的陽極泥，漂浮在電解液表面粘附于陰極銅上沿。漂浮陽極泥形成主要原因一是電解液中砷銻鉍含量超標，當電解液中砷銻鉍含量超標時，易形成砷酸銻和砷酸鉍，比重較輕，漂浮在電解液的表面，易形成漂浮的陽極泥。二是電解液中溶解有氣體，當氣體在低位槽和高位槽無法充分釋放時，造成氣體在電解槽內釋放，對電解液起到了攪動作用，不利于電解液中陽極泥的沉降，產生漂浮陽極泥。電解液中雜質元素砷的含量偏高（約10g/L）。

采取措施：

（1）完善電解液循環系統。檢查分液包及出口管道的震動，消除清液槽內高位槽溢流管、凈化過濾機回液對電解液的翻騰，每天檢查循環泵機械密封及吸程法蘭接頭是否漏氣，避免空氣進入電解液中影響陽極泥的沉降。

（2）減少提溜時間。將陰極銅提溜時間和二次提溜時間從24小時降低到16小時，既保證了耳部粘接強度，又終止了陰極銅上沿粒子的繼續生長。

（3）增加干酪素用量。將干酪素用量從13g/t.Cu增加到23g/t.Cu，干酪素能凝聚一部分膠，并將電解液中的懸浮細顆粒裹住，以增大體積和密度而沉降。

（4）要求緩慢配加軟（冷凝）水、濃硫酸，回收液及凈液返液經過濾后緩慢配加，搞好電解液體積平衡。加大電解液過濾和凈液量，降低電解液中砷銻鉍含量。

2.2 邊緣開花狀粒子產生的原因

陰極銅邊緣開花狀粒子生成的原因主要有三點：①陰陽極對正質量差，陰極銅板面電流分布不勻。②始極片裁剪尺寸過小，與陽極板尺寸不匹配。③提壓溜操作不規范或始極片耳攀過長，導致陰極銅生長過程中上沿一直在電解液中浸沒形成上沿開花。

采取的措施：

（1）作業人員標準化操作。裝陰極作業先指揮吊車對正再整槽陰極緩慢裝槽，發現有磕碰、彎角立即停車處理，保證陰陽極對正；電調作業人員逐槽驗收檢查。

（2）嚴格檢查始極片質量。規范始極片剪切尺寸，對于始極片耳攀過長、兩側邊緣的粒子等不合格陰極挑出報廢。

（3）統一電調作業人員提、壓溜操作時間，嚴格根據主控室記錄的送電時間和次日出銅時間進行操作。

（4）嚴格捆銅作業人員陰極銅粒子的清理修復。

2.3 板面粒子產生的原因

板面粒子產生主要原因有三點：一是陰陽極垂直度，極距不勻導致板面電流分布不勻。二是電解液粘性大，陽極泥沉降效果差；三是電解液純凈度差，顆粒物粘附于陰極銅板面產生粒子。

采取措施：

（1）提高始極片質量。采用鈦種板拋光機組，加強鈦種板表面拋光質量，提高始極片厚薄均勻的程度；始極片加工的垂直度變差及時調整壓棱工位；提高出裝作業人員責任心，保證陰陽極裝槽的垂直度。

（2）加強槽面管理。嚴格執行標準化操作，盡早發現和處理陰、陽極間短路，在陰極電解的第二天和第三天，加大短路探測器的角度，用手錘校直部分陰極的垂直度。檢查處理陽極不導電和陰極“薄片”，盡可能使每片陰極導電均勻，把陰極板面長粒子消除在萌芽狀態。

（3）保障適當的凈液量。目前我廠凈液量約1000m3/月，根據電解液中的雜質含量及時調整凈液量，使電解液中的雜質成分控制在合理范圍。

（4）優化的操作方法。在出裝陰陽極作業中，通過直接拔大堵過濾整槽電解液的方法，避免了吊出殘極時表面掉落的陽極泥混入循環系統，同時又增加了電解液的過濾量?？刂齐娊庖旱臏囟瓤刂品秶?3℃～65℃，降低電解液的粘度?？刂七m當的電解液循環量，在滿足電解液成分和熱量均勻的前提下，減小電解液的循環量有利于陽極泥沉降，循環量控制范圍24～25L/min。調整添加劑配伍，抑制板面粒子的形成，我廠添加劑范圍為骨膠：60℃～80g/t.Cu，硫脲：50～75g/t.Cu，干 酪 素13～23g/t.Cu，鹽 酸50～150mL/t.Cu。

2.4 其它物理缺陷

2.4.1 板面豎狀條紋產生原因

硫脲加入量偏大。陰極銅表面的條紋增粗，粒子增多，而且針狀、柱狀粒子多，陰極銅表面顏色發暗，缺乏金屬光澤，但基底仍很緊密。

2.4.2 針刺狀粒子產生原因

電解液中氯離子濃度過大，在陰極銅表面生長針狀粒子。

2.4.3 瘤狀粒子產生原因

陰極的垂直度差，局部陰、陽極間距離太近，使電流分布過大、電力線集中，長出密集圓粒子，繼續長大生成瘤狀粒子。

2.4.4 下部花瓣狀粒子產生原因

陽極泥附著在陰極表面產生開花狀的粒子，其中夾雜有陽極泥的黑色質點。

3 取得的效果

針對影響陰極銅質量的因素，我廠制定了嚴格的解決措施，通過嚴格標準化操作和精細化管理，陰極銅質量得到明顯提升，統計2018年陰極銅質量，A級銅的產出率達到96.8%，較2014年至2017年的4年平均值提高了4.4%，全年提質增效約150余萬元。

4 結語

在銅電解精煉工藝中，影響陰極銅質量的因素很多。為提高陰極銅質量，首先要嚴格控制電解各工序技術條件，包括電解液成分、溫度、循環量、電流密度等，使銅電解工藝標準化；然后進行添加劑加入量的調整，添加劑的作用是使陰極銅的電結晶結構得到改善，結晶細化，減少和抑制陰極表面粒子。添加劑的加入量及配伍決不能隨意改變，必需在科學理論的指導下進行。最后，保證電解液的潔凈度，加大電解液的過濾量，確保電解液的懸浮物控制在合理范圍內。通過嚴格執行標準化操作過程，改善了陰極銅物理外觀，提高陰極銅A級銅的合格率，實現提質增效。