周 楠

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

陰極銅粒子的幾項(xiàng)防治措施在生產(chǎn)中的應(yīng)用

周 楠

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)銅電解精煉過(guò)程中出現(xiàn)的各種類型的陰極銅粒子的現(xiàn)象，從陽(yáng)極、電解液、裝槽質(zhì)量和添加劑等角度出發(fā)，分析各種生產(chǎn)因素對(duì)陰極銅長(zhǎng)粒子的影響，提出了相對(duì)應(yīng)的處理辦法及預(yù)防措施，使得電銅質(zhì)量和純度得到進(jìn)一步的提高。

銅電解精煉；陰極銅粒子；電解液；添加劑；電銅質(zhì)量

1 引言

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠為加快打造世界煉銅標(biāo)桿工廠進(jìn)程，提出了穩(wěn)中求進(jìn)，量質(zhì)雙升的工作方針，力爭(zhēng)在2014年的基礎(chǔ)上再增加1.5萬(wàn)t精礦處理量，確保生產(chǎn)陰極銅102萬(wàn)t。陰極銅的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T467-1997，這就對(duì)電銅的各項(xiàng)達(dá)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)有著更嚴(yán)格的要求。而陰極銅粒子的存在不僅影響著電銅的物理規(guī)格，也對(duì)電銅的化學(xué)成分有著不良影響。

電銅粒子產(chǎn)生的原因有很多?？偟膩?lái)說(shuō)可以概括為以下幾類：①固體粒子在陰極上的機(jī)械附著所引起的粒子；②添加劑不適當(dāng)或加入量不適當(dāng)；③電流密度局部過(guò)高；④始極片物理規(guī)格較差。在傳統(tǒng)法銅電解工藝生產(chǎn)過(guò)程中，在已經(jīng)摸索出的大量日常生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，規(guī)范管理手段，提高精細(xì)化水平，總結(jié)出克服陰極銅長(zhǎng)粒子的具體生產(chǎn)措施，并使電銅純度得到進(jìn)一步提高。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

傳統(tǒng)生產(chǎn)工段針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出槽的陰極銅物理規(guī)格和長(zhǎng)粒子情況，對(duì)一系列四個(gè)系統(tǒng)的單雙極陰極銅分別獨(dú)立統(tǒng)計(jì)，對(duì)各種粒子的類型及對(duì)應(yīng)占有比例進(jìn)行記錄。每個(gè)系統(tǒng)隨機(jī)檢測(cè)，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果做出如表1所示。

表1　各類粒子型陰極銅比例圖

根據(jù)表1的分析情況，針對(duì)各類成型粒子的比例，大致從物料來(lái)源、物料加工、生產(chǎn)操作和過(guò)程管理四個(gè)方向來(lái)闡述各類陰極銅粒子的成型因素與防治措施。

3 因素分析與生產(chǎn)措施

3.1極板物料因素

傳統(tǒng)法電解是一個(gè)以礦銅陽(yáng)極為主的生產(chǎn)工藝，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)都是按照礦銅品位控制的，所以雜銅陽(yáng)極在傳統(tǒng)產(chǎn)出的陰極銅時(shí)常不穩(wěn)定。在電解過(guò)程中，粗銅陽(yáng)極板中的雜質(zhì)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的化學(xué)和物相變化，這對(duì)陽(yáng)極鈍化、陰極質(zhì)量、電解液凈化以及從陽(yáng)極中回收有價(jià)金屬均具有很大的影響［1］。為了滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，雜銅原料大量進(jìn)入生產(chǎn)流程，所占比例日益增加。雜銅陽(yáng)極在傳統(tǒng)法產(chǎn)出的陰極銅易長(zhǎng)物料粒子和上口粒子，嚴(yán)重影響物理規(guī)格。超標(biāo)陽(yáng)極會(huì)使電解液里面的雜質(zhì)不受控制，影響陰極銅質(zhì)量和外觀。

陽(yáng)極銑耳對(duì)電解的導(dǎo)電穩(wěn)定性，以及陽(yáng)極在電解槽內(nèi)的垂直度有決定性作用。同時(shí)，始極片垂直度好差對(duì)短路有重大影響。始極片垂直度差，會(huì)使始極片靠近陽(yáng)極太近，造成局部電流過(guò)高，產(chǎn)生電銅密集型粒子，影響電銅物理規(guī)格。所以這需要提高陽(yáng)極銑耳合格率和始極片垂直度，為產(chǎn)出優(yōu)良的陰極銅提供基礎(chǔ)條件。

3.1.1嚴(yán)把物料關(guān)，消化雜銅陽(yáng)極和超標(biāo)陽(yáng)極

各類陽(yáng)極上機(jī)計(jì)劃必須預(yù)先做好，裝槽量必須控制在一定范圍內(nèi)。英美陽(yáng)極裝槽量每天不超過(guò)200塊。同時(shí)在未生產(chǎn)的28組設(shè)置5槽泡洗槽，在泡洗槽內(nèi)用電解液至少泡洗一天。裝槽時(shí)雜銅陽(yáng)極按要求均勻混配裝槽，并用熱水沖洗。

3.1.2提高陽(yáng)極、始極片物料加工穩(wěn)定性

貴冶電解車間一系列通過(guò)改進(jìn)銑耳單刀，銑耳情況良好，進(jìn)一步消除銅電解過(guò)程中產(chǎn)生的粗糙結(jié)晶。在每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)小批量作業(yè)日，集中對(duì)1103機(jī)組進(jìn)行定修，更換7組校平輥，同時(shí)調(diào)整壓紋深度，降低始極片質(zhì)量波動(dòng)造成的加工影響，消除銅電解過(guò)程中的密集型粒子。該車間將種板的通電時(shí)間準(zhǔn)確率納入日常考核，確保始極片通電生產(chǎn)時(shí)間，使得始極片邊角合格率進(jìn)一步提高。

3.2電解液管理因素

3.2.1流量動(dòng)態(tài)平衡

在電解液循環(huán)系統(tǒng)中，各處流量的不平衡，特別是循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程與高位槽及槽面電解槽等各槽的循環(huán)速度的不平衡，易使電解液在高位槽中充氣［2］。出現(xiàn)這種帶氣的電解液時(shí)，會(huì)使得陽(yáng)極泥在電解槽中沉降困難，從而易形成陽(yáng)極泥粒子。對(duì)于這種情況，一方面要加強(qiáng)槽面短路處理，另一方面要保證循環(huán)系統(tǒng)體積的穩(wěn)定性，要求循環(huán)槽液位最低不能低于1.7m，高位槽液位維持在2.8m左右。同時(shí)對(duì)于液下泵備用泵要求能正常使用，并配有備用泵預(yù)防使用中的泵的突發(fā)狀況。

電解液?jiǎn)尾哿髁勘仨毐ＷC其均勻性和穩(wěn)定性。流量過(guò)小，槽內(nèi)雜質(zhì)濃度不斷積累，銅離子濃度不斷增加，溫度逐漸降低，都會(huì)導(dǎo)致電銅結(jié)晶較粗，并且長(zhǎng)粒子；流量過(guò)大，易形成液流沖擊，不利于陽(yáng)極泥沉降，亦會(huì)造成電銅粒子的生長(zhǎng)。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)表明［3］，溫度及Cu2+濃度對(duì)極化影響最大，所以必須控制單槽流量和溫度，每天每2h一次進(jìn)行對(duì)槽面巡檢，對(duì)電解液的溫度和流量進(jìn)行檢查，對(duì)不達(dá)標(biāo)的槽組及時(shí)進(jìn)行處理，保證電解生產(chǎn)過(guò)程的流量暢通和溫度要求。各系統(tǒng)流量和溫度的工藝指標(biāo)如表2所示。

表2　一系列各系統(tǒng)流量的工藝指標(biāo)

3.2.2凈化過(guò)濾漂浮陽(yáng)極泥

陰極銅上粒子生長(zhǎng)的中心主要是漂浮陽(yáng)極泥。研究資料表明，砷、銻、鉍的電位與銅較接近，在正常的電解過(guò)程中，一般很難在陰極被還原而在電解銅中結(jié)晶析出［4］。陽(yáng)極溶解時(shí)，這些元素成為離子進(jìn)入溶液，大部分水解成為固態(tài)氧化物，一部分則在電解液中積累，其分布情況如表3所示。

表3　砷、銻、鉍在電解過(guò)程中的分布

不同價(jià)的砷、銻化合物，即三價(jià)砷和五價(jià)銻、三價(jià)銻和五價(jià)砷，能夠形成漂浮陽(yáng)極泥，雖能限制砷、銻在電解液中的積累，但它們?cè)陔娊獠壑型Ａ舻臅r(shí)間長(zhǎng)，會(huì)機(jī)械地粘附于陰極表面或夾雜于陰極沉積物晶體間的毛細(xì)孔隙內(nèi)，降低陰極銅的質(zhì)量。漂浮陽(yáng)極泥的化學(xué)成分如表4所示。

表4　漂浮陽(yáng)極泥的化學(xué)成分

針對(duì)這些電解液中的漂浮顆粒，必須通過(guò)加強(qiáng)電解液的凈化過(guò)濾，將電解液中已經(jīng)形成的漂浮陽(yáng)極泥盡可能多的過(guò)濾掉，保持電解液的純凈。循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的優(yōu)化過(guò)濾目前有兩種方式，一種是采用廂式壓濾機(jī)24h優(yōu)化過(guò)濾，并定期停機(jī)開板清理濾渣。另一種是采用機(jī)型為L(zhǎng)SF E14-36MV2 的LAROX過(guò)濾機(jī)優(yōu)化過(guò)濾電解液。對(duì)一系列東擴(kuò)系統(tǒng)而言，過(guò)去的LAROX過(guò)濾機(jī)的瞬時(shí)流量只有150m3/h，對(duì)擁有將近3000m3電解液系統(tǒng)而言，很難將漂浮陽(yáng)極泥及時(shí)過(guò)濾掉。電解液中懸浮物隨生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行而不斷累積增長(zhǎng)，導(dǎo)致陰極銅長(zhǎng)粒子等一系列問(wèn)題。通過(guò)對(duì)原有過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行改造，將給液泵的葉輪加大，提高過(guò)濾能力，由150m3/h提高到210m3/h，日過(guò)濾累積量可達(dá)5000m3左右。加大對(duì)電解液的凈化過(guò)濾，最大限度除去電解液中已經(jīng)形成的漂浮陽(yáng)極泥和其他原因形成的懸浮顆粒，減少雜質(zhì)黏附到陰極銅的機(jī)會(huì)。

3.3添加劑的影響與調(diào)整

理論和生產(chǎn)實(shí)踐均已證明，為獲得結(jié)構(gòu)致密、表面平整光滑、純度高的陰極銅，需在電解液中加入適量的添加劑。一般來(lái)講，“沒有添加劑，就沒有現(xiàn)代銅電解工業(yè)”［5］，可見添加劑在銅電解生產(chǎn)中的重要地位。添加劑配比適當(dāng)時(shí)，即使在初期陰極銅表面長(zhǎng)有節(jié)瘤或者異形結(jié)晶，也能夠得到有效地抑制而變得平滑［6］。貴冶電解車間采用的添加劑主要有骨膠，硫脲，鹽酸。

在日常生產(chǎn)管理中，添加劑的加入量不適當(dāng)或者長(zhǎng)時(shí)間加入不均勻都會(huì)直接導(dǎo)致電銅不良生長(zhǎng)。骨膠過(guò)量，會(huì)出現(xiàn)堆砌成六面體閃金星的結(jié)晶，粒子形狀是圓形，粒子與基體接觸面積大，且不易脫落，若是骨膠量不夠時(shí)，粒子呈現(xiàn)尖頭菱角形狀。硫脲過(guò)量時(shí)，條紋增粗，深的條紋會(huì)吸收電解液增加陰極銅的雜質(zhì)含量，針狀柱狀粒子增多，缺乏金屬光澤但是基地仍很緊密。鹽酸過(guò)量，電銅會(huì)長(zhǎng)針狀粒子，而氯離子濃度偏小時(shí)產(chǎn)生的粒子與電銅是點(diǎn)接觸，中間大，兩頭小。

分析控制添加劑對(duì)陰極銅的質(zhì)量影響，適時(shí)調(diào)整添加劑的用量和配比，24h定期定量并均勻加入生產(chǎn)循環(huán)槽，并且把添加劑的加入量，加入均勻性納入日常點(diǎn)檢與考核項(xiàng)。各系統(tǒng)添加劑的工藝指標(biāo)如表5所示。

表5　各系統(tǒng)添加劑工藝指標(biāo)

3.4液位線的影響與重新定位

電解銅生產(chǎn)時(shí)液面線位置控制在低于陽(yáng)極銅掛架和低于陰極板窗口底邊。電解液的循環(huán)伴隨電解的生產(chǎn)過(guò)程，電解液中的雜質(zhì)沉降，造成槽壁、溢流口、管道等部位的積累和結(jié)垢，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后液位器對(duì)應(yīng)的電解液液位出現(xiàn)偏差。另外，在電解液流量增大之后，液位也會(huì)明顯升高，導(dǎo)致液位沒過(guò)或高于陰極上沿，易使陰極銅上口粗糙并長(zhǎng)粒子。同時(shí)，電解液表面溫度過(guò)低，液位處溶液的流動(dòng)性小，雜質(zhì)易在液位線上沉積，液位在同一位置停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)造成陰極銅長(zhǎng)液面線粒子。

針對(duì)液面線粒子和上口粒子，我車間一系列每年在5月份的時(shí)候分別對(duì)系統(tǒng)內(nèi)1260個(gè)電解槽進(jìn)行液位集中調(diào)整。根據(jù)槽面過(guò)高液位，將液位器底座平均切除5mm，高液位調(diào)整至陰極上沿下端，中液位調(diào)整至鉚耳孔下端，低液位調(diào)整至鉚耳下沿的下端。將生產(chǎn)當(dāng)中的高、中、低液位停留時(shí)間由原來(lái)的5天、3天、3天分別改為現(xiàn)在的7天、2天、3天。同時(shí)針對(duì)電解液表面溫度過(guò)低和有漂浮物的情況，關(guān)緊廠房門窗，蓋上大的槽蓋布，并且加強(qiáng)液表面的循環(huán)，加強(qiáng)電解液的優(yōu)化過(guò)濾。此項(xiàng)創(chuàng)新工藝有效的降低了陰極銅上口粒子的比例。

3.5槽面裝槽質(zhì)量的影響與措施

陰陽(yáng)極裝槽后的極距不均勻，不對(duì)稱等問(wèn)題，都會(huì)造成陰陽(yáng)極電力線分布不均勻，局部電流密度過(guò)高，引起陰極銅表面結(jié)瘤或長(zhǎng)各種異形結(jié)晶粒子，尤其在陰極邊緣情況更為嚴(yán)重，呈現(xiàn)出“邊緣效應(yīng)”［6］。

由于傳統(tǒng)法需要裝無(wú)內(nèi)耳陽(yáng)極，這對(duì)于打排列有所影響，需要進(jìn)一步規(guī)范無(wú)內(nèi)耳陽(yáng)極排列。原陽(yáng)極耳部與板面厚度一致，分包時(shí)導(dǎo)電棒居于相鄰陽(yáng)極耳部中間位置即可。現(xiàn)在無(wú)內(nèi)耳陽(yáng)極耳部較板面偏薄，照缸及分包操作需仔細(xì)觀察調(diào)整始極片本身位置，杜絕始極片上沿與陽(yáng)極距離靠近產(chǎn)生的陰極銅上口粒子。而肥邊粒子是可以避免的，在裝槽過(guò)程中加強(qiáng)員工的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，采取全員創(chuàng)新考核制度，增強(qiáng)員工責(zé)任心，在打排列時(shí)要求員工照手電，對(duì)其極板兩側(cè)。陰極板兩側(cè)比陽(yáng)極的超疊部分應(yīng)相等，這樣可減少結(jié)瘤的產(chǎn)生。

3.6生產(chǎn)過(guò)程管理的因素與精細(xì)化控制

電解生產(chǎn)過(guò)程中，電解液始終處于循環(huán)狀態(tài)，不斷為銅電解提供穩(wěn)定的生產(chǎn)技術(shù)條件，同時(shí)將電解中產(chǎn)生的雜質(zhì)帶出，電解液循環(huán)正常是各項(xiàng)指標(biāo)正常的基本保障。一系列在四月份對(duì)系統(tǒng)的循環(huán)管道進(jìn)行了清洗，共清洗上酸主管、回液主管3704m，保證電解液循環(huán)量達(dá)到技術(shù)要求。同時(shí)對(duì)鼓包的電解槽及時(shí)進(jìn)行檢修，每個(gè)月電解槽檢修量為30個(gè)以上。導(dǎo)電排接觸點(diǎn)不干凈或接觸點(diǎn)腐蝕均會(huì)造成陰陽(yáng)極電流不均勻，引起長(zhǎng)粒子，根據(jù)實(shí)際情況5月底槽面共計(jì)更換導(dǎo)電排160余塊，絕緣皮500余塊，絕緣板300余塊，可進(jìn)一步消除密集型粒子。

4 效果檢查

通過(guò)采取上述相應(yīng)的措施，陰極銅板面粒子得到了有效的控制，結(jié)晶粗糙現(xiàn)象也得到了很大改善，電銅板面光滑細(xì)膩，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)化，物理規(guī)格合格率和電流效率得到進(jìn)一步提高。圖1是該車間一系列從1月份到9月份的物理規(guī)格合格率以及電流效率的數(shù)據(jù)記錄曲線。

圖1　一系列1-9月份物理規(guī)格合格率與電效數(shù)據(jù)記錄曲線

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)陰極銅在電解生產(chǎn)當(dāng)中所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題的歸類，針對(duì)電銅表面各種類型的粒子生長(zhǎng)情況，采取相對(duì)應(yīng)的工藝措施和預(yù)防手段，做到勤觀察，細(xì)管理，早發(fā)現(xiàn)，早處理，確保高質(zhì)量的陰極銅順利生產(chǎn)。

［1］彭容秋. 銅冶金［M］. 長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社， 2004:237-242， 230.

［2］歐陽(yáng)準(zhǔn). 提高陰極銅表面質(zhì)量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)［J］. 有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2004， 25（4）:9-10.

［3］呂玉國(guó)， 李堅(jiān)， 黃娟. 銅離子濃度和溫度對(duì)銅電解極化作用的影響［J］. 礦冶， 2010， 19（3）:81-84.

［4］華宏全， 張?jiān)? 銅電解過(guò)程中砷存在的形式的研究及其控制實(shí)踐［J］.礦冶， 2011， 20（1）:68-71.

［5］王輝. 電解精煉工［M］. 長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社， 2006:66-67.

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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，主要從事銅電解精煉生產(chǎn)操作工作。E-mail: 642944134@qq.com