阴极铜粒子的几项防治措施在生产中的应用

周 楠

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

阴极铜粒子的几项防治措施在生产中的应用

周 楠

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

结合生产实践，针对铜电解精炼过程中出现的各种类型的阴极铜粒子的现象，从阳极、电解液、装槽质量和添加剂等角度出发，分析各种生产因素对阴极铜长粒子的影响，提出了相对应的处理办法及预防措施，使得电铜质量和纯度得到进一步的提高。

铜电解精炼；阴极铜粒子；电解液；添加剂；电铜质量

1 引言

江铜集团贵溪冶炼厂为加快打造世界炼铜标杆工厂进程，提出了稳中求进，量质双升的工作方针，力争在2014年的基础上再增加1.5万t精矿处理量，确保生产阴极铜102万t。阴极铜的国家标准为GB/T467-1997，这就对电铜的各项达优标准有着更严格的要求。而阴极铜粒子的存在不仅影响着电铜的物理规格，也对电铜的化学成分有着不良影响。

电铜粒子产生的原因有很多。总的来说可以概括为以下几类：①固体粒子在阴极上的机械附着所引起的粒子；②添加剂不适当或加入量不适当；③电流密度局部过高；④始极片物理规格较差。在传统法铜电解工艺生产过程中，在已经摸索出的大量日常生产经验的基础上，规范管理手段，提高精细化水平，总结出克服阴极铜长粒子的具体生产措施，并使电铜纯度得到进一步提高。

2 现状调查

传统生产工段针对现场出槽的阴极铜物理规格和长粒子情况，对一系列四个系统的单双极阴极铜分别独立统计，对各种粒子的类型及对应占有比例进行记录。每个系统随机检测，并对统计结果做出如表1所示。

表1　各类粒子型阴极铜比例图

根据表1的分析情况，针对各类成型粒子的比例，大致从物料来源、物料加工、生产操作和过程管理四个方向来阐述各类阴极铜粒子的成型因素与防治措施。

3 因素分析与生产措施

3.1极板物料因素

传统法电解是一个以矿铜阳极为主的生产工艺，整个生产系统都是按照矿铜品位控制的，所以杂铜阳极在传统产出的阴极铜时常不稳定。在电解过程中，粗铜阳极板中的杂质会出现强烈的化学和物相变化，这对阳极钝化、阴极质量、电解液净化以及从阳极中回收有价金属均具有很大的影响［1］。为了满足日益增长的生产需求，杂铜原料大量进入生产流程，所占比例日益增加。杂铜阳极在传统法产出的阴极铜易长物料粒子和上口粒子，严重影响物理规格。超标阳极会使电解液里面的杂质不受控制，影响阴极铜质量和外观。

阳极铣耳对电解的导电稳定性，以及阳极在电解槽内的垂直度有决定性作用。同时，始极片垂直度好差对短路有重大影响。始极片垂直度差，会使始极片靠近阳极太近，造成局部电流过高，产生电铜密集型粒子，影响电铜物理规格。所以这需要提高阳极铣耳合格率和始极片垂直度，为产出优良的阴极铜提供基础条件。

3.1.1严把物料关，消化杂铜阳极和超标阳极

各类阳极上机计划必须预先做好，装槽量必须控制在一定范围内。英美阳极装槽量每天不超过200块。同时在未生产的28组设置5槽泡洗槽，在泡洗槽内用电解液至少泡洗一天。装槽时杂铜阳极按要求均匀混配装槽，并用热水冲洗。

3.1.2提高阳极、始极片物料加工稳定性

贵冶电解车间一系列通过改进铣耳单刀，铣耳情况良好，进一步消除铜电解过程中产生的粗糙结晶。在每个生产周期内小批量作业日，集中对1103机组进行定修，更换7组校平辊，同时调整压纹深度，降低始极片质量波动造成的加工影响，消除铜电解过程中的密集型粒子。该车间将种板的通电时间准确率纳入日常考核，确保始极片通电生产时间，使得始极片边角合格率进一步提高。

3.2电解液管理因素

3.2.1流量动态平衡

在电解液循环系统中，各处流量的不平衡，特别是循环泵的流量和扬程与高位槽及槽面电解槽等各槽的循环速度的不平衡，易使电解液在高位槽中充气［2］。出现这种带气的电解液时，会使得阳极泥在电解槽中沉降困难，从而易形成阳极泥粒子。对于这种情况，一方面要加强槽面短路处理，另一方面要保证循环系统体积的稳定性，要求循环槽液位最低不能低于1.7m，高位槽液位维持在2.8m左右。同时对于液下泵备用泵要求能正常使用，并配有备用泵预防使用中的泵的突发状况。

电解液单槽流量必须保证其均匀性和稳定性。流量过小，槽内杂质浓度不断积累，铜离子浓度不断增加，温度逐渐降低，都会导致电铜结晶较粗，并且长粒子；流量过大，易形成液流冲击，不利于阳极泥沉降，亦会造成电铜粒子的生长。根据有关文献表明［3］，温度及Cu2+浓度对极化影响最大，所以必须控制单槽流量和温度，每天每2h一次进行对槽面巡检，对电解液的温度和流量进行检查，对不达标的槽组及时进行处理，保证电解生产过程的流量畅通和温度要求。各系统流量和温度的工艺指标如表2所示。

表2　一系列各系统流量的工艺指标

3.2.2净化过滤漂浮阳极泥

阴极铜上粒子生长的中心主要是漂浮阳极泥。研究资料表明，砷、锑、铋的电位与铜较接近，在正常的电解过程中，一般很难在阴极被还原而在电解铜中结晶析出［4］。阳极溶解时，这些元素成为离子进入溶液，大部分水解成为固态氧化物，一部分则在电解液中积累，其分布情况如表3所示。

表3　砷、锑、铋在电解过程中的分布

不同价的砷、锑化合物，即三价砷和五价锑、三价锑和五价砷，能够形成漂浮阳极泥，虽能限制砷、锑在电解液中的积累，但它们在电解槽中停留的时间长，会机械地粘附于阴极表面或夹杂于阴极沉积物晶体间的毛细孔隙内，降低阴极铜的质量。漂浮阳极泥的化学成分如表4所示。

表4　漂浮阳极泥的化学成分

针对这些电解液中的漂浮颗粒，必须通过加强电解液的净化过滤，将电解液中已经形成的漂浮阳极泥尽可能多的过滤掉，保持电解液的纯净。循环系统内部的优化过滤目前有两种方式，一种是采用厢式压滤机24h优化过滤，并定期停机开板清理滤渣。另一种是采用机型为LSF E14-36MV2 的LAROX过滤机优化过滤电解液。对一系列东扩系统而言，过去的LAROX过滤机的瞬时流量只有150m3/h，对拥有将近3000m3电解液系统而言，很难将漂浮阳极泥及时过滤掉。电解液中悬浮物随生产的持续进行而不断累积增长，导致阴极铜长粒子等一系列问题。通过对原有过滤设备进行改造，将给液泵的叶轮加大，提高过滤能力，由150m3/h提高到210m3/h，日过滤累积量可达5000m3左右。加大对电解液的净化过滤，最大限度除去电解液中已经形成的漂浮阳极泥和其他原因形成的悬浮颗粒，减少杂质黏附到阴极铜的机会。

3.3添加剂的影响与调整

理论和生产实践均已证明，为获得结构致密、表面平整光滑、纯度高的阴极铜，需在电解液中加入适量的添加剂。一般来讲，“没有添加剂，就没有现代铜电解工业”［5］，可见添加剂在铜电解生产中的重要地位。添加剂配比适当时，即使在初期阴极铜表面长有节瘤或者异形结晶，也能够得到有效地抑制而变得平滑［6］。贵冶电解车间采用的添加剂主要有骨胶，硫脲，盐酸。

在日常生产管理中，添加剂的加入量不适当或者长时间加入不均匀都会直接导致电铜不良生长。骨胶过量，会出现堆砌成六面体闪金星的结晶，粒子形状是圆形，粒子与基体接触面积大，且不易脱落，若是骨胶量不够时，粒子呈现尖头菱角形状。硫脲过量时，条纹增粗，深的条纹会吸收电解液增加阴极铜的杂质含量，针状柱状粒子增多，缺乏金属光泽但是基地仍很紧密。盐酸过量，电铜会长针状粒子，而氯离子浓度偏小时产生的粒子与电铜是点接触，中间大，两头小。

分析控制添加剂对阴极铜的质量影响，适时调整添加剂的用量和配比，24h定期定量并均匀加入生产循环槽，并且把添加剂的加入量，加入均匀性纳入日常点检与考核项。各系统添加剂的工艺指标如表5所示。

表5　各系统添加剂工艺指标

3.4液位线的影响与重新定位

电解铜生产时液面线位置控制在低于阳极铜挂架和低于阴极板窗口底边。电解液的循环伴随电解的生产过程，电解液中的杂质沉降，造成槽壁、溢流口、管道等部位的积累和结垢，经过一定的时间后液位器对应的电解液液位出现偏差。另外，在电解液流量增大之后，液位也会明显升高，导致液位没过或高于阴极上沿，易使阴极铜上口粗糙并长粒子。同时，电解液表面温度过低，液位处溶液的流动性小，杂质易在液位线上沉积，液位在同一位置停留时间过长，都会造成阴极铜长液面线粒子。

针对液面线粒子和上口粒子，我车间一系列每年在5月份的时候分别对系统内1260个电解槽进行液位集中调整。根据槽面过高液位，将液位器底座平均切除5mm，高液位调整至阴极上沿下端，中液位调整至铆耳孔下端，低液位调整至铆耳下沿的下端。将生产当中的高、中、低液位停留时间由原来的5天、3天、3天分别改为现在的7天、2天、3天。同时针对电解液表面温度过低和有漂浮物的情况，关紧厂房门窗，盖上大的槽盖布，并且加强液表面的循环，加强电解液的优化过滤。此项创新工艺有效的降低了阴极铜上口粒子的比例。

3.5槽面装槽质量的影响与措施

阴阳极装槽后的极距不均匀，不对称等问题，都会造成阴阳极电力线分布不均匀，局部电流密度过高，引起阴极铜表面结瘤或长各种异形结晶粒子，尤其在阴极边缘情况更为严重，呈现出“边缘效应”［6］。

由于传统法需要装无内耳阳极，这对于打排列有所影响，需要进一步规范无内耳阳极排列。原阳极耳部与板面厚度一致，分包时导电棒居于相邻阳极耳部中间位置即可。现在无内耳阳极耳部较板面偏薄，照缸及分包操作需仔细观察调整始极片本身位置，杜绝始极片上沿与阳极距离靠近产生的阴极铜上口粒子。而肥边粒子是可以避免的，在装槽过程中加强员工的标准化作业，采取全员创新考核制度，增强员工责任心，在打排列时要求员工照手电，对其极板两侧。阴极板两侧比阳极的超叠部分应相等，这样可减少结瘤的产生。

3.6生产过程管理的因素与精细化控制

电解生产过程中，电解液始终处于循环状态，不断为铜电解提供稳定的生产技术条件，同时将电解中产生的杂质带出，电解液循环正常是各项指标正常的基本保障。一系列在四月份对系统的循环管道进行了清洗，共清洗上酸主管、回液主管3704m，保证电解液循环量达到技术要求。同时对鼓包的电解槽及时进行检修，每个月电解槽检修量为30个以上。导电排接触点不干净或接触点腐蚀均会造成阴阳极电流不均匀，引起长粒子，根据实际情况5月底槽面共计更换导电排160余块，绝缘皮500余块，绝缘板300余块，可进一步消除密集型粒子。

4 效果检查

通过采取上述相应的措施，阴极铜板面粒子得到了有效的控制，结晶粗糙现象也得到了很大改善，电铜板面光滑细腻，各项技术指标明显优化，物理规格合格率和电流效率得到进一步提高。图1是该车间一系列从1月份到9月份的物理规格合格率以及电流效率的数据记录曲线。

图1　一系列1-9月份物理规格合格率与电效数据记录曲线

5 结语

根据阴极铜在电解生产当中所出现的一系列问题的归类，针对电铜表面各种类型的粒子生长情况，采取相对应的工艺措施和预防手段，做到勤观察，细管理，早发现，早处理，确保高质量的阴极铜顺利生产。

［1］彭容秋. 铜冶金［M］. 长沙:中南大学出版社， 2004:237-242， 230.

［2］欧阳准. 提高阴极铜表面质量的实践经验［J］. 有色冶金设计与研究，2004， 25（4）:9-10.

［3］吕玉国， 李坚， 黄娟. 铜离子浓度和温度对铜电解极化作用的影响［J］. 矿冶， 2010， 19（3）:81-84.

［4］华宏全， 张豫. 铜电解过程中砷存在的形式的研究及其控制实践［J］.矿冶， 2011， 20（1）:68-71.

［5］王辉. 电解精炼工［M］. 长沙:中南大学出版社， 2006:66-67.

［6］任智顺， 别良伟. 阴极铜表面针刺状结粒的成因分析与防治［J］. 中国有色冶金， 2010， A（3）:23-25.

Several Prevention Measures of Cathode Copper Particles in Production Application

ZHOU Nan
（Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

Combined with production practice，in view of the copper electrolysis refining process in various types of the phenomenon of cathode copper particles，through analyzed the quality of anode，electrolyte， cell feeding quality and additives， researched on various production factors affect long cathode copper particles， the treatment method and corresponding prevention measures were put forward，realized cathode quality and purity had further improvement.

copper electrorefining；cathode copper particles；electrolyte；additive；cathode quality

TF111.52

C

1009-3842（2016）03-0076-04

2016-02-18

周楠（1987-），男，江西玉山人，本科，主要从事铜电解精炼生产操作工作。E-mail: 642944134@qq.com