高强化铜电解精炼工艺加工研究

2018-02-27李鹏

世界有色金属 2018年22期

李鹏

（甘肃工业职业技术学院，甘肃天水 741025）

伴随着当今社会的高速运转和科技的进步，铜的使用范围越来越广，尤其是电子、航空航天、军事等领域对高强化铜的需求越来越大。高强化的电解精炼铜和其他金属材料相比具有较高的电导率和热导率，较为稳定的物化特征，并且它耐腐蚀性极强，可塑性强，易焊接，抗拉强度大。高强化铜的电解精炼是将通过火法精炼得到的铜铸成阳极板,再用纯铜薄片做阴极,装入含有电解液的电解槽中,通电电解的过程[1]。对高强化铜的电解精炼加工工艺进行具体的分析研究，希望可以为扩展电解精炼铜的发展空间提供一些理论上的启示。

1 高强化铜电解精炼加工流程

高强化、高纯度铜的电解精炼工艺是一套科学完整的加工体系。具体分为电解环节和净化环节，接下来进行详细分析。

（1）电解环节。首先是通过阳极对冶炼加工厂生产出的合格的阳极板进行整体的排板机组矫耳、铣耳、铺平、排列，然后再用整个吊车车槽吊至酸洗槽内，接下来在酸洗槽内清洗阳极板表面的氧化铜等化学杂质。接下来再吊至种板槽内作阳极，种板槽阴极为钛板。通常情况下，种板的电解电流密度是220A/㎡，阴极的加工周期是22小时，阳极的周期则是11天，经过一个阴极的生产加工周期后，劳工把阴极从铜片剥离出，剥离剩下的铜片其中一小部分由吊耳切割机加工成吊耳，大部分送至极片加工机组，进行压纹、穿棒、钉耳制成始极片，这些始极片需要按照105mm的极距均匀排列以方便之后的使用。再经过一个阳极的加工周期后，把阳极吊到生产槽内继续使用[2]，这仅仅是第一个起始工段。经过一个阳极的加工制作期，同样用吊车把残阳极输送到残极机组进行洗涤、称量、堆垛，完成后再运送到铜熔炼系统，这是完整的第二道工序。电解液通过循环槽的循环泵输送到板式加热器进行加热，然后进入高位槽。在高位槽里再分别流向各个电解槽。最终出生产槽时，全部的电解铜通过净化过滤机过滤后重新返回到循环系统；排出的阳极泥浆进入阳极泥坑地，然后装箱运送到稀贵系统进行净化加工的处理[3]。

（2）净化环节。在这一环节，电解系统会把需要净化的电解液输送到专门净化电解液液的废电解液贮槽，然后经由传输泵输送到蒸发高位槽，高位槽里的电解液再连续地输送到循环系统的循环泵，最后经过一系列的循环加工运送到样板式的真空蒸发器组进行连续不断地蒸发精炼。最终生产出高强化的电解精炼铜。由此可见，高强化铜的电解精炼加工流程是一个复杂、循环、精确的过程，并且，在这个过程中，还有规定的生产加工指标，详细信息参考表1。

表1 高强化铜电解精炼加工指标

2 高强化铜电解精炼加工技术

生产高强化、高纯度铜采用的加工技术主要有超声波技术、周期反向电流技术和交直流电解技术。我们接下来一一进行分析。

①超声波技术。在高强化铜电解精炼的加工过程中引入超声波技术，通过超声波对电解液的剧烈震动，进而可以打破阴极表面和电解液之间的分散层,使铜离子在溶液里更方便转移，提高阴极外层铜电子的沉积速度和效率,最终能提高极限电流密度。②周期反向电流技术。周期反向电流技术是在电解精炼高强化铜的过程中一种在短时间内可以改变交流电电流方向的新型高端技术。反向电流技术能极其快速的消除阳极外围的浓度梯度，促进阳极泥的剥离。并且周期反向电流技术在短时间内改变交流电电流方向，一定程度上减少了电极附近的电流差，进而提高生产效率并减少成本开销。③交直流叠加电解技术。交直流叠加电解技术相比传统的高强化铜生产时采用的技术更加科学有效，在原有的直流电基础上附加了交流电信号，促进氧化反应的发生。

3 高强化铜电解精炼的加工过程中的影响因素

在进行高强化铜电解精炼时，通常情况下阴极和阳极表面都是比较平整光滑的。而影响表面沉积层质地的因素主要就是电解时的电流浓度、电解精炼温度、添加剂和电解精炼时间，这些因素会最终影响到电解精炼铜的质量。

①电流浓度。高强度铜电解精炼的一个非常重要的指标就是电解时的电流浓度。电流浓度对电能的消耗、电解铜的纯度和电解效率都有着直接影响。所以，保证电解精炼铜质量的一个关键就是最大可能地提高电流浓度。②电解精炼温度。电解精炼的温度过低或过高都会导致阴极泥的漂浮不定，阴极或阳极泥的沉淀就更加困难。而且，阴极泥的漂浮会使得大量黏着物粘在阴极上，降低阴极铜的纯度。③添加剂。添加剂对电解精炼铜有着很大的影响。在电解过程中加入适量的添加剂，能够改变沉积层的结构，进而改善阴极外层的物化性能。虽然添加剂不参与整个电化反应，但在加工过程中选择并加入适量的添加剂能提高电解铜的质量。④电解精炼时间。电解精炼的时间对电解精炼过程有着一定的影响，电解时间比较长时，交直流叠加电流技术可以有效地改善阳极铜的质量，缩短电解精炼周期，提高电解精炼效率。