探讨电解液纯净度对阴极铜质量的影响

车驾才

（侯马北铜铜业有限公司，山西 侯马 04300）

生产实践·应用技术

探讨电解液纯净度对阴极铜质量的影响

车驾才

（侯马北铜铜业有限公司，山西 侯马 04300）

阐述了不良铜电解液纯净度对阴极铜质量造成的影响，分析了影响电解液纯净度的主要原因，并总结了生产实践中改善电解液纯净度采取的主要措施。通过对电解液纯净度的改善，稳定了阴极铜质量，消除了产品质量波动对品牌造成的影响。

电解液 纯净度 阴极铜 质量 过滤量

侯马北铜公司电解二系统建成投产于2012年7月，投产以来阴极铜物理外观、质量一直不稳定，直接影响阴极铜A级率，阴极铜外观状态主要表现出结晶疏松不致密，板面纹理粗粒子多，阴极铜脆性、韧性不理想。虽然生产期间也有质量达标的时段，A级率平均在96%以上，但总体运行三年来质量经常出现波动，该系统阴极铜A级率波动幅度较大且波动频次较多。针对这一现象，分析了影响阴极铜质量的各种因素，认为电解液纯净度时好时坏是影响阴极铜质量波动的关键因素，并在检修过程中对工艺系统进行了补充完善，调整了生产运行指标，在检修结束启动生产后，阴极铜质量得到较为明显的改观，阴极铜A级率得到了稳定。本文针对电解液纯净度的影响因素进行了分析，并就改善电解液纯净度的措施予以阐述。

1 不良电解液纯净度对阴极铜质量的影响

电解二系统生产过程中，观察电解槽表面，在有振动的条件下有小气泡间断溢出，过滤有气泡冒出时的出口电解液，滤纸不洁净，电解液纯净度不良；测量其槽压，单槽槽压均在0.45 V以上。

1.1 阴极铜物理外观表述

阴极铜的质量，不仅要求化学成分符合标准，而且要求物理规格符合要求，即阴极铜表面必须平整，周边齐整，结晶致密，板面光滑细腻。电解二系统启动生产以来，质量出现波动的时候，化学成分能够达标，但物理外观较差，主要表现为结晶粗糙，阴极铜板面粗条纹明显，结晶粒子多，颜色发暗，敲击阴极铜声音发哑、不清脆，阴极铜韧性较差、容易掰断。

1.2 生产过程中指标运行情况

电解二系统生产过程中，总体反映出槽压高，电解液密度大，电流密度上不去，具体指标数据见表1。处理槽压高的电解槽时发现阳极钝化现象较为明显，敲击阳极耳部钝化现象能够减弱，但电解液有气泡冒出，电解液较为浑浊。

表1 电解液密度及电解单槽槽压统计表

2 影响电解液纯净度的因素

电解液纯净度主要指电解过程中电解液透亮无浑浊现象，阳极泥随着电解液循环运动逐步沉降进入槽底。电解液纯净度是保障阴极铜质量的最基础条件，洁净的电解液是稳定电解过程中铜离子运动轨迹以及杂质沉降进入阳极泥的前提，为此，分析导致电解液浑浊的因素是保证电解液纯净度的关键。

2.1 电解液过滤量

电解液过滤是通过压滤机将电解液中阳极泥等杂质颗粒过滤出来，保障电解液悬浮颗粒满足电解生产。电解液过滤通过两种途径完成：一方面，在电解液循环系统安装压滤机，电解液循环过程中过滤部分阳极泥悬浮物，这种途径过滤电解液是在全天候状态下运行，为此，设备完好状况直接影响电解液过滤量；另一方面，在电解出装作业过程中，通过拔堵放液使电解液进入阳极泥池，通过阳极泥压滤机以及事故储槽压滤机对电解液进行过滤，保证纯净的电解液返回循环系统，这种途径过滤电解液只在出装作业过程中进行。电解液纯净度直接由电解液中含有的悬浮物多少体现，良好洁净度的电解液对保障阴极铜质量至关重要，为此，电解液过滤效果直接影响电解液纯净度。实践表明，电解液中悬浮物质量浓度低于20～30 mg/L，有利于高纯阴极铜的正常生产。电解二系统设计配置两台压滤机，生产过程中，电解液循环量为11 000 m3，过滤量约为循环量的30%左右，基本满足过滤要求。

2.2 电解液含气量

电解液携带的气体在循环过程中不能得到排出，在电解过程中，一方面容易搅浑电解液，延长阳极泥的沉降时间，使部分阳极泥在沉降的过程中吸附到阴极铜表面，增加阴极铜表面的黏附性阳极泥粒子。另一方面，电解液中空气气泡容易在阳极表面反应生成氧化膜出现阳极钝化现象，导致单槽槽压升高。槽压高，加快电解液中铜离子的运动速率，改变铜离子的运动轨迹，改变阴极铜的晶格状态，增加其它杂质吸附到阴极铜表面的机率。此外，电解液含气严重的情况下直接在阴极铜表面生成气孔，影响阴极铜质量。

2.3 电解液漂浮阳极泥量

漂浮阳极泥主要是电解液中As、Sb、Bi含量升高，在电解过程中生成细小的SbAsO4及BiAsO4絮状物。由于其很细并不易沉降，过滤系统很难将其除去，漂浮阳极泥的存在直接影响电解液纯净度，不仅在电解过程中容易在阴极沉积物晶体间毛细孔隙吸附造成阴极杂质含量超标，同时，黏附在阴极表面成为结晶中心最终导致阴极板面阳极泥粒子增多，影响阴极铜物理外观质量。电解液中As、Sb、Bi的来源主要是阳极板带进，电解二系统所使用的阳极板主要以外购杂铜阳极板居多，电解液As、Sb、Bi富集较快，导致电解液漂浮阳极泥的循环累积对阴极铜生产造成影响。

2.4 添加剂

铜电解精炼使用的添加剂通常有胶、硫脲、干酪素等，添加剂的使用能够显著提高阴极铜质量，当用量和条件配合适当时，不仅能强有力的抑制铜粒子生长，细化结晶得到平滑均匀致密的阴极铜，而且阴极铜化学质量也能得到提高，电耗等指标得到降低。但假如添加量不合适，就会对电解液性质产生影响，尤其是骨胶，其有用成分低，添加量大的情况下，胶在电解液中富集，增大了电解液的黏稠度，对阳极泥沉降效果产生影响，导致电解液纯净度恶化。

2.5 阳极板的化学成分

阳极板作为铜电解生产原料，是电解液杂质及化学成分变化的主要来源。电解液纯净度主要受电解液中铜离子浓度以及As、Sb、Bi、Ni等杂质元素的影响。电解液中Cu2+、Ni2+浓度高，直接反映出电解液比重增大，阳极泥沉降效果变差，同时，电解液Ni2+浓度高也会增大阳极钝化的风险，对阴极铜生长质量产生影响。电解液As、Sb、Bi杂质元素含量高，电解液漂浮阳极泥增多，容易导致漂浮阳极泥吸附在阴极表面生成粒子，同时，As、Sb、Bi杂质元素因其电位与铜接近，电解液出现浓差极化时容易在阴极电化析出影响阴极铜化学品质。

3 改善电解液纯净度的措施

3.1 减少电解液含气量

电解二系统的电解液是通过高位槽经由分配器自流到生产电解槽内，再由回液管线进入低位槽，再由循环泵通过上液管线打至高位槽。电解液中空气通常是在上液垂直管线和回液垂直管线上随电解液循环带入系统中。虽然上液管路是密封连接，但在管路法兰连接部位很容易由于密封不严造成上液管处于负压状况，从而使电解液带入一部分空气。为避免进气情况发生，一般在上液垂直管线后水平段装设阀门，在启动循环前进行上液管路气密性检查，在循环过程中调整电解液循环量采用水平段阀门予以调整，这样随时保持上液管路处于正压状态，避免空气进入电解液。

电解槽面回液管口处于敞开方式，在电解液自流回液过程中不可避免将空气带入电解液，这部分气体是导致电解液浑浊的主要来源，为此需要采取措施将气体排除。

在高低位槽中加设沉泥隔板和导流溢气板，把高低位槽分为进液池和出液池，电解液通过导流溢气板进入出液池。同时密封高低位槽，加装负压风机，保持高低位槽处于负压状态（如下页图1所示）。

高低位槽进行这样的完善后起到作用是：使电解液过渡到出液池，不形成落差，避免产生含气液体；使电解液不直接下沉，避免含气液体进入出液口；电解液所含气体可以在导流板予以释放［1］；高低位槽液面上空形成负压，更有利于导流板液体释放气体；沉泥隔板有利于电解液所含阳极泥颗粒沉降。

高低位槽改动沉泥隔板和导流溢气板后，电解液含气现象明显改善，不仅缓解了阳极钝化现象，单槽槽压得到降低，改善了阴极铜生长条件，更主要的是电解液在槽内循环过程中阳极泥更容易沉降落入槽底，电解液纯净度得到明显改观，有效遏制了阳极泥粒子在阴极铜板面的生长。

图1 高位槽示意图

3.2 调整电解液成分

调整电解液成分，一方面控制电解液铜离子质量浓度，使其稳定在（42±2）g/L，通过控制铜离子浓度，不仅保持电解液不产生浓差极化，避免出现电化析出贫化情形，同时，保持电解液较为理想的比重范围，利于阳极泥沉降，为有效提高电解液纯净度创造条件。

另一方面，控制电解液氯离子浓度，在电解液As、Sb、Bi杂质含量较高的情况下，控制较高的氯离子浓度，不仅起到去极化作用，使因Bi造成的阳极钝化膜活化，弱化阳极钝化现象；同时，促进As、Sb、Bi聚合沉淀，使其形成氯化物沉淀（As、Sb、Bi）OCl［2］，减少漂浮阳极泥量，从而改善电解液纯净度。

第三，加强净液脱杂功能，尤其是强化净液二段诱导脱杂以及硫酸镍生产作业，尽力脱除电解液所含As、Sb、Bi及Ni等杂质，降低杂质行为对电解液纯净度的影响。调整后的电解液成分如为表2所示。

表2 电解液成分统计表 g/L

3.3 替换添加剂

添加剂中胶的种类较多，普遍铜电解使用的胶主要是骨胶和明胶，该厂电解系统一直使用骨胶作为添加剂，生产中骨胶单耗一直居高不下，单耗达到120～150 g/t阴极铜，较高的骨胶使用量使沉于槽底或分解后滞留在电解液中的胶量增多，增加了电解液黏稠度，生产成本高［3］。2015年，改用明胶替代骨胶作为添加剂，使用后，明胶单耗明显降低，单耗为50～60 g/t阴极铜。与明胶配合使用的硫脲单耗也得到了降低。添加剂使用量的减少，改善了电解液黏稠度，更有利于阳极泥沉降，对电解液纯净度以及阴极铜质量都有一定程度的改观。

3.4 强化阳极板入槽管理

由于阳极板入槽前需要稀酸泡洗，使表面氧化亚铜在硫酸溶液中除掉，需要加强阳极板冲洗，把阳极板面铜粉冲洗干净，确保阳极板入槽后铜粉进入电解液影响纯净度。加强出装作业电解槽清洗工作，要将槽内阳极泥冲洗干净，横电时间要充足，确保电解液通电后槽内阳极泥沉降以及电解液无浑浊现象，避免阳极泥黏附阴极表面生成粒子影响阴极铜质量。

3.5 加大电解液过滤量

减少电解液悬浮物主要通过压滤机实现，保障较大的电解液过滤量是保持电解液纯净度的直接手段。电解二系统生产压滤机在运行正常的情况下，能够确保电解液循环量的30%予以过滤净化，为进一步改善电解液过滤效果，在电解液回液过程中抽出部分电解液返回阳极泥池，电解液经过阳极泥压滤机以及事故压滤机过滤后进入循环系统，这样，电解液过滤量提高到34%左右，改善了电解液纯净度。

4 结语

电解液作为铜电解生产的基础条件之一，保障纯净度达标是生产高质量阴极铜的前提，电解液过滤量、电解液含气、添加剂以及操作管理都不同程度对电解液纯净度带来影响，有效的解决外部影响因素，保障基础条件的稳定，阴极铜质量才能得到保证。侯马北铜公司在检修期间对循环系统以及电解液成分进行了改造和调整，阴极铜质量得以稳定，消除了产品质量波动对品牌造成的影响。

［1］ 张志国.铜电解高位槽工艺设计的探讨［J］.安徽冶金，2002（2）：48-50.

［2］ 鲁绍侠.铜电解过程添加剂的作用及机理探讨［J］.有色金属（冶炼部分），1984（3）：4-6.

［3］ 马朝庆.添加剂在铜电解精炼中的作用及应用［J］.矿冶工程，1999（4）：46-48.

（编辑：张伟）Discussion on the Electrolyte Purity Impact on the Quality of Cathode Copper

Che Jiacai
（Houma North Copper Industry Co.，Ltd.，Houma Shanxi 04300）

This paper expounds the effects of copper electrolyte purity on the quality of cathode copper，analyzes the main reasons influencing electrolyte purity，and sums up the main measures to improve purity of electrolyte in the production practice.Through the improvement of purity，the quality of cathode copper is stabilized and the impact of product quality fluctuation on brand is eliminated.

electrolyte，purity，copper cathode，quality，filtering quantity

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.15

TF811

A

1672-1152（2015）06-0042-03

2015-09-23

车驾才（1974—），男，侯马北铜铜业有限公司电解车间主任，冶炼工程师。E-mail：hmylcyr@163.com