（巴彥淖爾西部銅材有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 電解基本原理

銅的火法精煉一般能產(chǎn)出含銅98%～99.8%的銅產(chǎn)品，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)銅的要求。因此，幾乎所有的火法冶煉的銅都需要經(jīng)過(guò)電解精煉，除去火法精煉難于去除的雜質(zhì)，得到電解銅。銅電解精煉工藝自1869年首次在工業(yè)上應(yīng)用至今，其基本原理沒(méi)有變化。目前主要工藝有始極片法（傳統(tǒng)法）和永久性陰極法（永久性不銹鋼陰極作為陰極片），本文主要分析傳統(tǒng)法，傳統(tǒng)法是指以火法精煉澆鑄的陽(yáng)極板作為陽(yáng)極，用純銅薄片作為陰極，以硫酸銅和硫酸的混合溶液作為電解液，在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅和電位較負(fù)的金屬溶解進(jìn)入溶液，貴金屬和某些不溶金屬進(jìn)入陽(yáng)極泥沉于電解槽底。溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出，其它電位較負(fù)的金屬留于電解液中定期凈化除去。陰極上析出的金屬銅純度很高（＞99.9935%），稱為高純陰極銅，也稱之為電解銅。

2 銅電解主要控制技術(shù)及參數(shù)

（1）原料。要求原料必須符合標(biāo)準(zhǔn)，首先物理規(guī)格應(yīng)滿足每塊陽(yáng)極板的重量差不超過(guò)5%；上下厚度一致，下部不可厚于上部；板面有一定的平直度；板面平整致密，無(wú)氣泡、蜂空、飛邊、毛刺及其他附著物；耳部不得有冷隔層和折損。鼓肚、彎曲的陽(yáng)極板易引起極間短路，影響電效?；瘜W(xué)指標(biāo)如表1所示（各單位根據(jù)實(shí)際情況稍有差異）。

表1 原料的化學(xué)指標(biāo)

（2）電解液成分。銅電解液的組是由硫酸銅和硫酸的水溶液，如果說(shuō)陽(yáng)極、陰極是銅電解過(guò)程的兩個(gè)支柱，電解液則是銅電解過(guò)程中銅離子遷移的載體。電解液的組成成分、陽(yáng)極成分、電流密度與電解銅的質(zhì)量有著密切的關(guān)系。通常電解液的組成成分如表2所示，H2S2O4不能無(wú)限地升高，硫酸升高時(shí)，硫酸銅的溶解度會(huì)降低，電解液中Cu2+濃度不得小于35g/L，否則雜質(zhì)AS、Sb、Bi可能在陰極析出，Cu2+濃度升高時(shí)，電阻、槽電壓、電能消耗都會(huì)升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有硫酸銅析出。

表2 解液的組成成分

（3）電解液溫度、循環(huán)。溫度是影響電解液的一個(gè)重要因素，溫度升高，電解液粘稠度下降，有利于陽(yáng)極泥沉積。同時(shí)電解液的電阻下降，電耗降低。此外，銅離子的擴(kuò)散能力加強(qiáng)，陰極附近的銅離子貧化幾率降低。但溫度過(guò)高，會(huì)使添加劑的分解加快，電解液的蒸發(fā)量加大，會(huì)造成作業(yè)環(huán)境惡化，能耗上升。所以電解液通常維持在60℃～65℃，這樣既能保證陰極銅的質(zhì)量，又可以節(jié)約電耗。為了克服濃差極化、傳遞熱量、添加劑、維持體積平衡、雜質(zhì)平衡，需要電解液循環(huán)。循環(huán)量的大小與陽(yáng)極板的成分、電流密度、電解槽的容積有關(guān)，一般單槽電解液循環(huán)量18L/min～35L/min，循環(huán)方式有兩種：上進(jìn)下出和下進(jìn)上出。平行流技術(shù)用于大電流密度，屬于強(qiáng)化循環(huán)方式。我公司為了便于陽(yáng)極泥沉降，采用上進(jìn)下出，循環(huán)量維持在20L/min～22L/min。

（4）添加劑。為了獲得純度高，表面光滑的電解銅，在電解精煉中要加入各種表面活性物質(zhì)作為添加劑[1]。常用的添加劑有明膠、硫脲、干酪素、鹽酸等。明膠能促使陰極銅結(jié)晶細(xì)致、表面光滑，對(duì)表面結(jié)粒有較強(qiáng)的抑制效果。硫脲有利于陰極銅結(jié)晶變細(xì)，板面致密，起到細(xì)化結(jié)晶的作用。鹽酸作為添加劑，可使溶液中量很少的AgCl沉淀進(jìn)入陽(yáng)極泥，減少貴金屬的損失，降低陽(yáng)極鈍化程度。

（5）電流密度、同極距。電流密度[2]是影響銅電解生產(chǎn)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。影響陰極銅沉積物結(jié)垢和性質(zhì)的重要因素，若電流密度低，產(chǎn)生的細(xì)粒、粘附的陰極沉積物，不利于晶核的形成。當(dāng)電流密度一定時(shí)，銅電解液電壓受硫酸濃度和硫酸銅及其雜質(zhì)濃度影響，硫酸濃度下降或銅離子濃度上升，會(huì)導(dǎo)致電阻增大，電壓升高；當(dāng)電解液成分不變是，電解液電壓由電流密度決定，電流密度高，電解液電壓增大，增加電耗，我公司一般控制在250A/m2。同極距是指槽內(nèi)相鄰陰極或陽(yáng)極中心之間的距離，適當(dāng)?shù)目s短極距可減少電解液的電壓降，降低電耗，此外能增加槽內(nèi)的陰陽(yáng)極片數(shù)，提高設(shè)備生產(chǎn)率，與此同時(shí)電極短路的危險(xiǎn)性增加，我公司一般設(shè)定在90mm。

3 影響電解銅質(zhì)量的因素

3.1 不合格電銅的形式

A、板面粒子；B、下沿肥邊；C、異形、刀口銅；D、上沿粒子；E、上沿白邊；F、下沿發(fā)綠；G、燒板、薄板。

圖1 板面粒子

圖2 下沿肥邊

圖3 異形、刀口銅

圖4 板面發(fā)白

3.2 不合格電銅產(chǎn)生的原因及解決措施

（1）板面粒子。板面局部粒子：主要原因是陰陽(yáng)極極距不均，導(dǎo)致陽(yáng)極板大面鼓包、小面毛刺、彎曲，針對(duì)這種情況，應(yīng)從陽(yáng)極板挑選，陽(yáng)極板置于槽頭、槽尾；陽(yáng)極板在電解槽內(nèi)不垂直，陽(yáng)極板在雙極照缸時(shí)校正，保持垂直；對(duì)于始極片局部彎曲、不垂直，應(yīng)在機(jī)組、出裝槽在入槽使用前平整；針對(duì)始極片薄，因加工應(yīng)力而不垂直，應(yīng)通過(guò)電調(diào)平板，保持垂直，同時(shí)種板檢查鈦板以及接觸點(diǎn)；電調(diào)在處理短路過(guò)程中附近電銅極距變動(dòng)，因此每次處理短路后應(yīng)檢查附近3塊陰陽(yáng)極板；電調(diào)用探棍檢查時(shí)碰觸到陽(yáng)極，為防止攪起槽底沉降的陽(yáng)極泥，探棍檢查應(yīng)緊貼電銅表面。

板面大部分有粒子：首先考慮陽(yáng)極板鈍化，槽電壓升高，應(yīng)及時(shí)采取單槽斷電、敲打陽(yáng)極板、電解液靜置沉降、吊出陽(yáng)極板沖洗；其次考慮原料陽(yáng)極板含氧量高，保持高位槽液位有溢流，分液缸排氣，這樣可以有效解決含氧量高帶來(lái)的影響；此外還有可能是溢流口擋液板破損、循環(huán)量低，電解槽內(nèi)銅離子貧化、接觸點(diǎn)導(dǎo)電性不好，通電瞬間被電擊、添加劑失效或用量不當(dāng)?shù)仍蛟斐砂迕娲蟛糠钟辛Ｗ?。板面下部粒子：?yīng)考慮始極片弓板、彎曲，出裝槽要嚴(yán)格按規(guī)定校正每一片始極片。此外可能是電解液比重大，陽(yáng)極泥不易沉降，細(xì)小顆粒懸掛在始極片，造成“小面積”短路，導(dǎo)致產(chǎn)生粒子，同時(shí)伴有電解銅含銀量升高，這時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)是監(jiān)控電解液中各成分的含量，及時(shí)凈化電解液除雜、除膠的分解物。

（2）異形、刀口銅。它的特點(diǎn)是電銅邊緣不齊整、電銅左右一邊薄、一邊厚，出現(xiàn)這種現(xiàn)象有以下幾種可能：鈦板部分表面有氧化層或油污，銅皮韌性不好，壓紋加工后開(kāi)裂，雙極照缸、調(diào)片不到位、出現(xiàn)偏板，電調(diào)處理短路后未恢復(fù)到原位，對(duì)照實(shí)際情況可采取更換、打磨鈦板，調(diào)整添加劑量，提高調(diào)片和照缸的工作質(zhì)量，處理短路后檢查左右對(duì)正情況，機(jī)組也要注意在鉚耳時(shí)片歪斜，存在高低耳一定要及時(shí)扶正。在陰陽(yáng)極板近（相對(duì)于這個(gè)板面）的地方，由于電解液的電阻小，電流就高。因此，這塊地方金屬沉積就特別快，很容易出現(xiàn)均勻密布的粒子，這也是形成刀口銅的原因。

（3）上沿白邊、下沿發(fā)綠。產(chǎn)出的電解銅上沿有開(kāi)花粒子或白邊，造成這種現(xiàn)象的原因通常是由于電解液液位低導(dǎo)致的，部分硫酸銅結(jié)晶吸附在上沿，失去水之后變成白色粉末。處理這種問(wèn)題就得加強(qiáng)槽面作業(yè)管理，按時(shí)提液到位，或者出銅前用高壓水槍沖洗即可解決。還有一種情況是電解銅下沿發(fā)綠，這是由于電銅下沿有硫酸銅水印，遇潮發(fā)綠，通常是因?yàn)闋C洗水未及時(shí)更換，燙洗水含酸高，燙洗時(shí)間、燙洗水溫度不夠造成的，及時(shí)更換燙洗水，延長(zhǎng)燙洗時(shí)間，升高燙洗溫度即可得到解決。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，銅電解是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)稱，有諸多因素會(huì)影響電解銅質(zhì)量，加大電解銅質(zhì)量攻關(guān)力度，對(duì)產(chǎn)出不合格電解銅，通過(guò)總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)分析出產(chǎn)生的原因，果斷的采取措施使問(wèn)題得到解決，只有這樣才能產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，才能使產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益最大化，只有這樣才能提升企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。