銅電解精煉添加劑生產實踐與精細化管理探索

鄒 賢

（金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

金隆公司永久不銹鋼電解法系統設計20 萬噸產能，兩個循環系統，自2008 年投產以來，已連續生產12 年，目前使用的添加劑有明膠、硫脲、阿維通、氯離子四種，電銅質量、能耗等各項指標良好。添加劑是銅電解精煉生產最重要的工藝控制要素，合適的添加劑配比及使用量可以確保電解生產系統長期保持穩定，科學的添加劑管控措施是保障基礎。通過梳理總結添加劑生產實踐，借鑒其他電解廠的優點，提出推行添加劑精細化管理。

2 銅電解的添加劑

銅電解精煉生產中使用的主要添加劑有膠、硫脲、阿維通、氯離子四種，國外還有使用高立克、旁德林、立格濃等作為銅電解添加劑［1］。添加劑是生產優質高純陰極銅的必要條件，實踐表明：合適的添加劑用量及配比能夠有效抑制銅粒子的生長，消除電銅表面粗糙、結晶稀酥等問題，生產出表面平整、結構致密和其他有害雜質含量低的優質高純陰極銅，保證電銅質量。

（1）膠 現在使用的主要是工業明膠，是由氨基酸按一定比例進行縮合的產物，由膠原水解生成。明膠的化學組成可以表示為H2NCHRCOOH，分子量為1. 75 萬～45 萬，分子量越大，作用越大［2］。明膠通過水溶液加入到電解系統，分解成小分子膠，膠膜吸附在陰極表面，使陰極電化學極化增大，促使陰極沉淀均勻及結晶致密。在實際生產中，明膠有時效性，有資料表明在60℃下酸性溶液，明膠7小時后會完全分解失效。

（2）硫脲 是一種白色晶體，易溶于水，分子式為(NH2)2CS［4］。主要起細化晶粒和對陰極產生去極化的作用，濃度越高，作用越大［3］。實際生產中，硫脲與銅離子形成絡合物，此時絡合物陽離子[Cu(N4H4CS)4]在陰極液層中形成膠膜，使Cu2+離子在陰極放電困難，促使陰極極化增加，進而得到表面光潔的陰極銅。硫脲在純水中比較穩定，正常生產條件下基本不分解，如果加入過量，會不斷富集提高濃度。

（3）氯離子 目前氯離子添加劑均以鹽酸形式加入，不用NaCl，避免Na+進入系統。氯離子主要是對電解陰極過程有去極化作用，只作為復合添加劑組合之一。另外還使Ag+和難溶鹽類金屬離子產生氯化物鹽類沉淀進到陽極泥中，減少貴金屬的損失［5］，并成為雜質的開路。在復合添加劑中，氯離子會促使膠分解，需要注意復合添加劑的加料方式。

（4）阿維通 是一種烷基磺酸鈉，是陰離子型表面活性劑，淡黃褐色，無刺激氣味的糊（膏）狀物，密度為8.41g/L，易容于水。目前越來越多的電解廠使用阿維通作為復合添加劑之一，與膠配合使用，增加膠的作用強度，并可控制陰極銅晶粒尺寸和晶粒的均勻“堆積”。

3 添加劑使用方案

正常生產條件下，添加劑是由上述四種組成的復合添加劑［6］，明膠、硫脲、阿維通三種是按照一定配比及合適的噸銅消耗量進行添加，氯離子是按照濃度控制標準添加，復合添加劑要求24 小時連續均勻加入電解系統。添加劑的使用配比及具體添加量，通常是從系統開車開始進行確認摸索，當生產系統穩定，確定合適的添加劑使用指標后一般不再變更，除非生產系統出現非正常波動或檢修時才會進行專項調整。

3.1 添加劑配比方案

每個電解生產系統都需要結合自身系統工藝控制要素制定具體的添加劑使用標準。添加劑使用主要方案主要有兩種：低膠高硫脲+阿維通+鹽酸；高膠高硫脲+阿維通+鹽酸。其中低膠是指明膠加入量低于40g/t 銅，硫脲高于60 g/t 銅；高膠高硫脲一般指噸銅加入了均超過80 g/t 銅。

金隆電解目前的添加劑使用方案是經過多年摸索，嘗試過多種添加劑方案，最終根據各項生產指標選擇了低膠高硫脲+阿維通+鹽酸，并確定了添加劑配比，明膠∶硫脲∶阿維通設置比例為1∶2～3∶0.5～1；氯離子濃度控制30～60mg/L。

另根據交流，某電解廠A 設計產能40 萬t，2 個循環系統，自2013 年投產開始，該廠經過摸索，嘗試過低膠高硫脲+阿維通+鹽酸方案，但是系統波動頻繁，然后選擇了高膠高硫脲+阿維通+鹽酸的方案，經過試用，添加劑控制比例為：0.8～1∶1∶0.2～0.5，生產系統連續穩定性最長時間超過3 年，并確定了該方案。經討論分析，這兩種添加劑的使用主要選擇條件是系統循環體積，一般單個體積超過4000 m3，應該選擇高膠高硫脲+阿維通+鹽酸的方案適合，單個循環系統體積低于則選擇低膠高硫脲+阿維通+鹽酸方案適合。

3.2 添加劑用量探討

根據資料查詢，目前雖然有一些添加劑檢測手段和設備，但在實際生產中，仍以電銅結晶質量來判定添加劑的用量是否合適。添加劑的用量通常情況是從系統開車開始，首先確定配比和用量基準，然后在系統生產過程中進行檢驗和優化。

添加劑用量確定步驟：第一步是選擇添加劑使用配比方案；第二步是持續跟蹤電銅結晶效果及各項生產指標，并在檢驗過程不斷優化，通常這個過程需要持續2～5 個陰極周期。常用判斷依據如表1。

4 添加劑生產問題探析

4.1 添加劑加料流程

添加劑生產操作流程主要分為五個環節：車間下達每日添加劑指令書→添加劑管理班班長接收確認→操作人員到添加劑庫計量→運送至溶解區操作→加入計量槽與前日續上，然后交給工藝控制班組負責添加24 小時均勻的連續加料。

4.2 添加劑問題探析

結合公司多年生產實踐經驗和同行業交流，梳理總結添加劑生產過程曾出現的問題。各類問題基本得到改進優化，但問題的發生均造成不同程度影響，主要分為三類：操作失誤、設備故障、管理缺陷。

（1）操作類。操作類問題主要表現為：一、添加劑稱重計量失誤，添加量不準確；二、添加劑溶解操作水溫控制不準或溶解不完全，水溫超過65℃以上，會導致明膠加速分解或失效；三、添加劑溶解結束后，流放到計量槽，體積控制不準，導致槽罐溢滿，添加劑加入量損失；四、工藝控制班組流量調節不準確或不及時，導致添加不均勻。

（2）設備故障。設備和管道設施發生故障：一、計量槽攪拌機故障，計量槽添加劑發生凝固；二、添加劑管道斷裂、堵塞，導致添加劑加料不連續。

（3）管理方面。主要有：一、添加劑庫存管理不夠精確，與添加劑原料廠家對接不夠準確，導致缺料風險；二、添加劑原料批次或廠家發生變化，未及時對新原料檢測和試用，原有的配比或用量未及時調整；三、添加劑加料生產操作流程管控不精細，造成添加劑生產系統故障等。

表1 添加劑效果

5 添加劑的精細化管理

添加劑是銅電解精煉生產工藝控制最重要因素，因此要不斷優化改進不足，創新采用新技術方案，從管理上不斷細化和提升添加劑管理水平，以便更加有效保障電解生產穩定。

5.1 使用指標管控

添加劑的配比及用量指標應該由車間統一管理，并組成技術小組，建議不能少于3 人以上，均要熟悉掌握添加劑配比和用量的技術方案，每次添加劑的調整需要技術組的討論確定，每日指令書按照車間管理流程審批并留檔備案，進一步確保添加劑的嚴謹性和準確性；技術組成員要堅持每天查看電銅結晶，并與添加劑使用建立對應臺賬，以便長期跟蹤添加劑使用效果，亦可及時發現電銅質量異常問題。

5.2 準確性及過程管控

一是優化添加劑計量復核和監督，通過對添加劑從入庫、出庫、計量等各環節增加1 人復核和監督職責，確保添加劑的準確性；二是通過優化改進計量方式，例如添加劑增加體積計量法，在經過電子秤或磅秤稱重后，然后倒入到桶或容器，對盛裝容器增加體積標識，作為復核手段；三是增加計量過程設置視頻監控等遠程監控手段；四是改進優化設備、管道材質，對計量槽、管道增設透明可視檢查點，同時可以采用新技術——“銅電解添加劑的自動配料、加料系統”，該技術由金冠公司開發，可以實現水溫、加料等多個環節自動化控制。

5.3 原料管控

一是庫存管理應建立日報制度：明膠、硫脲添加劑庫結合供貨廠家設定合理庫存線，但不應低于1 個月，阿維通進口原料庫存應該在3 個月以上，并對每日庫存及庫存警戒線實行日報；二是加強原料變化管理要求，尤其是添加劑生產廠家要建立良好的溝通機制，對添加生產批次或廠家發生變化時，必須進行新料檢測和試用；三是建議與周邊電解廠建立添加劑原料共享關系，必要時可以實現互借。

6 結語

銅電解精煉生產系統如何長期保持穩定生產是大家一直追求的目標，但是在實際生產中，由于原料市場的不確定，導致電解的陽極板、電解液成分等各類生產條件不斷變化，如何制定更好的添加劑使用方案配套各類生產條件的變化仍需要不斷的探索和總結，而添加劑的精細化管理則提供了良好基礎保障。