賴長(zhǎng)盛

（江西銅業(yè)（清遠(yuǎn)）有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

銅的電解提純：把銅含量99%的粗銅打造成厚板與純銅打造的薄片分別放置為陽極和陰極，選擇硫酸與硫酸銅的混和液充當(dāng)電解液。接入電源,銅將在陽極變?yōu)殂~離子轉(zhuǎn)向陰極，在陰極處出現(xiàn)電子，同時(shí)將析出純銅，也就是電解銅。粗銅內(nèi)雜質(zhì)也將以離子的形式存在，最為常見的鐵、鋅等活躍元素，然而此類離子不同于銅離子，難以有效析出，因此在電解的過程中，可以通過協(xié)調(diào)電位差的形式，使得此類離子免除陽極處析出。其他活躍度相對(duì)較低的元素，則將會(huì)直接堆積在電解槽的底端，最為常見的主要有金和銀等元素。由此最終產(chǎn)品的銅板也就是電解銅，有著較高的質(zhì)量，能夠用于打造電氣產(chǎn)品。對(duì)于電解槽底端的離子群屬于“陽極泥”，擁有大量的金和銀，其價(jià)值較高，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)收益。

1 電解基本原理

借助火法來冶煉銅能夠生成98%～99.8%銅含量的產(chǎn)品，難以有效對(duì)接現(xiàn)代工業(yè)的需求。所以，大多數(shù)火法冶煉銅往往要借助電解銅的形式，有效彌補(bǔ)火法冶煉中出現(xiàn)的雜質(zhì)，生成電解銅。19世紀(jì)70年代，電解銅這一工藝開始應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)了基本原理的沿用?，F(xiàn)階段，在銀聯(lián)投資過程當(dāng)中，大多都借助傳統(tǒng)法與永久性陰極法，此次研究的重點(diǎn)在于傳統(tǒng)法，一般認(rèn)為傳統(tǒng)法師采取火法精煉的形式，將陽極板與純銅薄片分別設(shè)置在陽極和陰極，選擇硫酸銅與硫酸的混合液充當(dāng)電解液，那么在接通電源之后，陽極處的銅能夠與電位較負(fù)的金屬同時(shí)與溶液混合，其他貴金屬和難以溶解的物質(zhì)將在電解槽的底端沉積。溶液內(nèi)的銅能夠從陰極處析出，而電位較負(fù)的金屬與電解液進(jìn)行的凈化活動(dòng)同時(shí)消除。另外，析出的銅純度高達(dá)99.99%，屬于一種高純陰極銅，也就是電解銅。

2 銅電解主要控制技術(shù)及參數(shù)

2.1 原料

對(duì)于原料來說需要滿足各類指標(biāo)，其一物理規(guī)格要對(duì)接各個(gè)陽極板的重量差小于5%，保持同等厚度，另外下厚度要小于上厚度；板面盡可能不要彎曲、藥無氣泡、毛刺與其他的附著物；耳部也要保持完好無損，不能出現(xiàn)冷隔層等情況。鼓肚、彎曲的陽極板會(huì)發(fā)生極間短路，極大威脅電效。下表1具體展示了原料的化學(xué)指標(biāo)情況。

表1 原料的化學(xué)指標(biāo)

2.2 電解液成分

銅電解液是一種硫酸銅與硫酸的混合液，假設(shè)將陰極與陽極看作是同電解階段的支柱，那么電解液就是整個(gè)銅電解活動(dòng)中必不可少的載體，使得銅離子實(shí)現(xiàn)了有效的轉(zhuǎn)移，電解液、陰陽極的成分和電解銅的質(zhì)量存在著相關(guān)性。下表2是對(duì)于結(jié)液組成成分的具體展示。H2S2O4有著一定的局限性，同時(shí)硫酸和硫酸銅的溶解度呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)硫酸相對(duì)較低時(shí)，硫酸銅的溶解度相對(duì)較高，電解液中Cu2+濃度要盡可能大于35g/L，從而使得AS、Sb、Bi等物質(zhì)能夠有效在陰極處析出，Cu2+濃度的變化將直接影響電阻、槽電壓、電能消耗的變化，同時(shí)呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)注。在到達(dá)某一點(diǎn)時(shí)會(huì)析出硫酸銅。

表2 解液的組成成分

2.3 電解液溫度、循環(huán)

電解液容易受到溫度的影響，溫度與電解液的粘稠度之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系，也就是當(dāng)溫度相對(duì)較低時(shí)，將加大電解液的粘稠度，進(jìn)而阻礙了陽極泥的堆積，電解液電阻值較高，需要產(chǎn)生較大的能耗。不可忽略的是，銅離子本身的擴(kuò)散能力與陰極處銅離子貧化幾率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)溫度到達(dá)某一高點(diǎn)時(shí)，整個(gè)添加劑將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)有效分解，增加電解液的蒸發(fā)量，進(jìn)而不利于作業(yè)環(huán)境的進(jìn)化，會(huì)產(chǎn)生大量能耗。當(dāng)電解液在60℃～65℃時(shí)，整個(gè)銅的質(zhì)量相對(duì)較高，能耗量較小。針對(duì)避免濃差極化、熱量擴(kuò)散、添加劑、體積恒定等目標(biāo)，必須借助電解液的循環(huán)，陽極板的成分、電流密度、電解槽的容積都直接影響電解液的循環(huán)量，大多數(shù)情況下單槽電解液循環(huán)量18L/min～35L/min，循環(huán)方式主要有上進(jìn)下出與下進(jìn)上出。平行流技術(shù)選擇大電流密度，是一種強(qiáng)化循環(huán)形式。本單位為加快陽極泥沉淀，借助上進(jìn)下出，循環(huán)量大概在20L/min～22L/min。

2.4 添加劑

為了確保電解銅的高質(zhì)量和高純度，對(duì)于電解活動(dòng)階段，往往需要添加一定的活性物質(zhì)，最為常見的主要包括明膠、硫脲、干酪素、鹽酸等。明膠可以提高陰極銅結(jié)晶的純度和凈度，提高光滑度，極大壓制表面結(jié)粒。硫脲能夠提高陰極銅結(jié)晶的細(xì)化和密度，發(fā)揮細(xì)化結(jié)晶的功能。鹽酸是一種添加劑，能夠?qū)⒉糠諥gCl沉淀轉(zhuǎn)移到陽極泥，控制貴金屬的沉積，提高陽極的光滑度。

2.5 電流密度、同極距

電流密度對(duì)于銅電解生產(chǎn)發(fā)揮重要的作用，將會(huì)制約陰極銅沉積物結(jié)垢和特性，當(dāng)電流密度相對(duì)較小時(shí)，存在的細(xì)粒、粘附的陰極沉積物，阻礙后續(xù)生成晶核。維持電流密度不變，在硫酸濃度與硫酸銅濃度的作用之下，也將會(huì)直接影響電解液的電壓，同時(shí)二者濃度與電阻、電壓均呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系；保持電解液成分一定，電流密度將直接確定電解液的電壓，同時(shí)二者之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)電流密度與電壓相對(duì)較高時(shí)，電耗也相對(duì)較大，本單位大多保持250A/m2。同極距是槽內(nèi)相鄰陰極或陽極中心之間的間距，合理的縮短極距能夠減小電解液的電壓降，保持小電耗，同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)槽內(nèi)的陰陽極片數(shù)，保持高生產(chǎn)率，另外加大電極短路的漏洞，本單位選擇了一個(gè)半小時(shí)。

3 影響電解銅質(zhì)量的因素及解決措施

3.1 板面粒子

板面局部粒子，由于陰陽極極距的差異，使得陽極板出現(xiàn)了不平整、鼓包和存在其他附著物的情況，在這樣的情況之下，要明確合理的陽極板，將其放在槽頭、槽尾；陽極板在電解槽中彎曲，陽極板位于雙極照缸處調(diào)整，維持水平；而始極片局部水平效果差額問題，要在機(jī)組、出裝槽處保持水平；對(duì)于始極片薄，由于加工應(yīng)力出現(xiàn)的彎曲，要借助電調(diào)平板，實(shí)現(xiàn)水平，另外種板檢查鈦板、接觸點(diǎn)；電調(diào)調(diào)整短路階段附近電銅極距不同，所以在調(diào)節(jié)短路過程中必須有效監(jiān)測(cè)附近3塊陰陽極板；電調(diào)借助探棍過程中，將涉及到陽極，同時(shí)需要將這一工具緊緊靠著電銅表面，避免揚(yáng)起槽底沉降的陽極泥。板面存在諸多粒子：其一可能是陽極板不光滑，槽電壓較高，要借助單槽斷電、吊出陽極板沖洗；其二，可能是原料陽極板高氧度，確保高位槽液位存在溢流，分液缸排氣，由此減輕含氧量高的制約；同時(shí)由于溢流口擋液板缺陷、循環(huán)量小，電解槽中銅離子貧化、接觸點(diǎn)導(dǎo)電性差，添加劑使用不當(dāng)?shù)纫蛩?，使得板面出現(xiàn)了諸多的粒子。板面下部粒子，可能是始極片弓板、不平直、出裝槽必須根據(jù)要求調(diào)整各個(gè)始極片。同時(shí)由于電解液量多，陽極泥難以堆積，細(xì)小顆粒位于始極片，出現(xiàn)了部分短路的情況，也是出現(xiàn)粒子的原因，電解銅含銀量的增加，必須及時(shí)了解和把握電解液中各成分的含量，去除各類雜質(zhì)和分解物。

3.2 異形、刀口銅

其特征在于電銅邊緣有缺口、電銅左右厚度不同，完成此類問題的原因在于：鈦板表面出現(xiàn)氧化層或油污，銅皮韌性差、壓紋存在裂紋、存在偏板，電調(diào)解決短路后沒回歸原位，根據(jù)具體問題選擇匹配的方法，比如修整鈦板，增加或者減少添加劑，保證調(diào)片和照缸的品質(zhì)，解決短路問題后要明確左右是否對(duì)正，機(jī)組對(duì)于鉚耳時(shí)片歪斜狀態(tài)、高低耳現(xiàn)象，必須進(jìn)行扶正。對(duì)于陰陽極板近來說，其電解液的電阻與電流存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。所以，此處十分容易出現(xiàn)金屬沉積，生成大量的粒子，分布在表面各個(gè)部分，因此出現(xiàn)了刀口銅。

3.3 上沿白邊、下沿發(fā)綠

當(dāng)電解液的液位相對(duì)較低時(shí)，將會(huì)直接使得電解銅出現(xiàn)了開花粒子或白邊，許多硫酸銅結(jié)晶處于上沿，在缺水時(shí)轉(zhuǎn)化為白色粉末。針對(duì)這一現(xiàn)象必須要繼續(xù)高度關(guān)注槽面作業(yè)管理，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成提液，或者在出銅前借助高壓水槍進(jìn)行沖洗，當(dāng)電解銅下沿發(fā)綠時(shí)，大多數(shù)是因?yàn)殡娿~下沿存在硫酸銅水印，遇潮發(fā)綠，燙洗水未長(zhǎng)期應(yīng)用，存在較大的酸性物質(zhì)，燙洗時(shí)間、燙洗水溫度違規(guī)等因素，因此，可以通過不同的因素來選擇差異化、精準(zhǔn)化的方法，比如加大燙洗時(shí)間，升高燙洗溫度等。

4 電解銅的用途

當(dāng)銅以基體角色存在時(shí)，大多銅合金的形式，銅與合金元素的有效融合，將直接影響許多機(jī)械性能，另外不會(huì)改變純銅的優(yōu)良屬性，許多銅合金物質(zhì)主要有：黃銅、青銅、白銅，能夠廣泛用于電子、電器、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，用來制作冷凝器、換熱器等，特別是可以生成核廢料容器、記憶合金等。

5 電解銅的發(fā)展前景

我國(guó)對(duì)于銅的生產(chǎn)有著特定的程序與規(guī)范，大多數(shù)情況下會(huì)借助銅精礦和火法冶煉粗銅?，F(xiàn)階段，各個(gè)行業(yè)主體的加工比冶煉能力要強(qiáng)，冶煉能力大于銅精礦的維護(hù)水平，銅精礦資源和廢雜銅大多來自于進(jìn)口。通過相關(guān)的數(shù)據(jù)了解到，進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國(guó)銅精礦的產(chǎn)量持續(xù)保持穩(wěn)定，大概在年產(chǎn)60萬噸。截止2017年冬，冶煉能力高達(dá)370萬噸，比我國(guó)國(guó)內(nèi)銅精礦資源的保障能力、國(guó)際市場(chǎng)的銅精礦量都要高。國(guó)內(nèi)銅礦山的生產(chǎn)能力僅僅對(duì)接冶煉能力的四成左右。大多數(shù)情況下，當(dāng)一個(gè)國(guó)家對(duì)于某種資源持續(xù)性的保持進(jìn)口時(shí)，也就意味著其資源的自給率相對(duì)較小，使得我國(guó)諸多龍頭企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上的優(yōu)勢(shì)相對(duì)較小，將極有可能會(huì)成為國(guó)際銅礦和冶煉商在本土的代理加工基地，不利于行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，也將極大威脅國(guó)家戰(zhàn)略的推進(jìn)與經(jīng)濟(jì)安全。

6 結(jié)語

總的來說，銅電解屬于相對(duì)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)活動(dòng)，電解銅質(zhì)量容易受到多重因素的影響和制約，所以必須要提高對(duì)電解銅質(zhì)量的關(guān)注，避免出現(xiàn)大量的不合格物品，另外在梳理前期規(guī)律與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的前提下，緊緊把握現(xiàn)實(shí)情況與影響因素，借助精準(zhǔn)化的舉措有效處理各類問題，進(jìn)而提高產(chǎn)品的質(zhì)量與水平，實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于企業(yè)來說也將保持更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。