提高高纯电解铜产出率研究与实践

唐文忠，张海涛

（铜陵金冠铜业公司，安徽 铜陵 244000，2.赤峰金剑铜业公司，内蒙古 赤峰 024000）

在金昌冶炼厂的铜电解精炼工序中，经常会出现一些影响电解铜外观质量的现象，包括阴极铜表面出现粒子、气孔等。有些批次的电解铜甚至会出现左右两边厚薄不均，相差较大，即为生产中所说的“偏缸铜”。还有电解铜一些上边缘较厚，下边缘很薄，即为“刀口铜”，导致产品物理规格的严重不符。本文根据生产实践情况，对产生上述现象的原因进行了分析，寻找预防和控制的措施，并在生产中进行实践，以确保电解铜的外观质量和物理规格，提高电解高纯铜的产出率。

1 成因分析

1.1 气孔

在电解操作中，由于电解液中会溶解空气，如果在电解进行前，电解液的大量空气未能及时排出，随着温度升高，电解液中的空气会达到过饱和状态，在电解进行时，空气逐渐析出，粘附在阴极上，聚集成气泡，气泡排开电解液，从而在电解回路上形成了一个绝缘点，由于绝缘点上没有电流分布，因而也没有铜析出；而在绝缘点周围的阴极表面，铜正常析出，这样，在该绝缘点处就逐渐形成坑状气孔。

通过长时间的观察分析，我们发现：电解液从电解槽回液管进入低位槽过程中，存在较大落差，流速较大，形成冲击，卷入空气，当电解液循环量较大时，其中的气体来不及释放，从而通过循环回路进入电解槽内。另外，酸泵和加热器等因密封效果不好时，也会吸入一部分空气。

1.2 粒子

铜电解精炼过程必须保持动态平衡，在这个复杂的平衡体系中，任何一道工序失调都将打破体系的平衡，最终影响电铜质量。阴极铜表面是否出现粒子是可以直观反映阴极铜的质量好坏，也是一项衡量电铜质量的指标，导致电解铜表面形成粒子的原因较多，主要有以下几种情况：

1.2.1 阳极泥附着

在铜电解过程中，阳极泥的沉淀富集是回收阳极铜中金银等贵金属的主要手段。但是，当阳极泥沉降效果不好时，就可能会少量吸附在阴极铜表面，影响电解电流的分布，使电解铜表面出现开花状的粒子，同时，部分贵金属也会随着流失。该类粒子最基本的特征是与阴极铜板面接触不牢固，易铲除，且粒子大多数分布在电铜的下部。根据生产实践分析，阳极泥附着阴极铜主要有以下几方面因素：

（1）电解液循环速度过大，各处流量不均匀，易使电解液带气，会干扰阳极泥的沉降方向。另外，我公司的电解液循环采用下进上出方式，向上流动的电解液也会阻碍阳极泥的沉降，特别是循环量较大时，阳极泥沉降变慢会比较显著；

（2）槽温较低，电解液温度低时粘度和比重将会增大，也不利于阳极泥沉降；

（3）漂浮阳极泥的产生，当阳极板中砷、锑、铋等杂质含量超标时，随着电解的进行，会逐渐富集，由于上述杂质比重较小，易形成漂浮阳极泥，不宜沉降，随电解液的流动会附着在阴极铜表面。

（4）阳极板板面不平整，干扰了阳极泥的垂直沉降的方向，增加了阳极泥附着在阴极表面的几率。

1.2.2 添加剂使用不当

在铜电解生产中，添加剂是不可或缺的，会直接影响阴极铜的质量。合理使用添加剂，可抑制电铜表面粒子的生成，使晶粒细小，电铜表面致密光滑。根据添加剂的作用机理，如果添加剂加入量不足，在较大电流密度下，电力线分布不均匀时，电铜表面会生成针刺状粒子。随着添加剂加入量增加，这种粒子会逐渐变小，甚至消失。当添加剂加入量过大时，阴极铜表面也会生成圆头状粒子。如果添加剂加入过多，部分添加剂随阴极铜析出，会使电铜发酥发脆，甚至影响其化学品位。

1.2.3 铜粉的吸附

电解生产伴随着许多复杂的化学反应发生，在电解过程中，往往会生成少量不稳定的一价铜离子，其活性很大，可以生成二价的铜离子和铜粉，阳极板入槽前酸洗不彻底也会带入一部分铜粉。铜粉大部分会沉降到槽底，进入阳极泥；但也会有少量悬浮于电解液中，吸附在阴极铜表面，形成晶核。根据金属结晶原理，随着二价铜离子迁移至阴极铜表面时，会优先在铜粉形成的晶核处放电析出，最后在阴极铜表面形成铜颗粒，并且结合紧密，难以剔除。

1.3 偏缸铜

偏缸铜主要是由于阴阳极板面排列不对称，板面左右间距不相等，通电后，电力线分布不均匀，间距小的阴极板边缘析出的铜晶体多，而间距大的阴极板边缘析出的铜晶体小，造成阴极铜左右两边厚薄不均，影响电铜的物理规格，根据生产实践分析，主要有以下几种原因：

（1）整缸操作不到位，导致阴阳极板面不垂直、不对称。

（2）检查短路后，阴极没有恢复到原来位置。

（3）电解槽自身不平，两边不对称，导致放入的阳极板和始极片存在倾斜现象。

（4）由于剪边机和人员操作等原因，导致始极片剪边不符要求，未能呈现规则的长方形，而是近似菱形，导致阴阳极不对称。

1.4 刀口铜

刀口铜也是一种电铜偏缸现象，是指整个电铜板面呈现厚薄不均，类似刀口一样，上边缘较厚，下边缘很薄，或者中间厚，上下边缘都很薄。根据其产生的特质和生产实践分析，主要原因有：

（1）升降耳不到位：根据电解生产要求，在出铜前8-24小时，提高电解液液面30mm～50mm，始极片下槽24小时后，降低液面30mm～50mm，如果升降耳不到位，导致上边缘较厚或较薄（大于10mm或小于3mm）。

（2）始极片挂耳长度不一致：由于耳料、操作、机器设备等原因，生产出的始极片挂耳长度不一致。如果挂耳较长，装槽后，始极片底边会低于阳极板底边较多，超出部分的电力线分布不密集，在始极片低于阳极板底边的部位，铜析出缓慢，甚至不析出，从而导致阴极下边缘很薄，呈刀口状。

（3）由于阳极泥自上布下进行沉降，与阴阳极板的上边相比，底边所处电解液中阳极泥的浓度相对较大；随着阳极泥量增大，会在一定程度上阻碍铜离子在阴极上的析出，所以导致下边缘较薄。

2 改进措施

由于不合格电铜需要返回前段工序处理，因而会降低电铜的直收率，同时增加了处理成本，增加了劳动量。为了减少上述电铜不合格现象，提高生产效率，根据以上分析，针对影响电铜外观质量和物理规格的因素，结合实际生产，采取了如下整改和防治措施：

（1）及时检查酸泵是否存在泄漏，定期更换酸泵的密封填料；指派专人定期查看换热器、加温缸等是否正常运行，发现异常及时进行维修和整改。

（2）每天按时巡检低位槽液面，当液面较低时，及时补液，减小回液管与低位槽的落差，避免形成“瀑布”，防止因电解液倾泻冲击带入较多的气体。

（3）增加高位槽的容积，针对容积较小和存在问题的高位槽及时更换，在停产检修期间，更换了三期损坏的高位槽，并且对四期高位槽进行了移位，完善高位槽功能，使电解液在高位槽中驻液时间延长，强化了排气效果。

（4）严格控制阳极板的化学品位，每天及时化验，与内控标准进行对比，每月对阳极铜砷、锑、铋、铁、镍等杂质进行绘图分析，防止因杂质富集，产生钝化、漂浮阳极泥等。

（5）根据每天阳极铜化验结果，对杂质超标的阳极铜进行分散处理，分散到多天、多槽使用，将物理规格不好或块重较高的阳极铜放到槽头、槽尾使用。

（6）定期化验电解液成分，视槽面状况每周1～2次，根据化验结果，及时调整槽温、流量、添加剂等技术指标

（7）定时检测槽温，每班检测槽温两次，确保电解液温度控制在58-65℃之间，并做好相应记录。

（8）控制好添加剂的使用量，按规定比例进行配制，要求彻底溶化，均匀加入，根据各生产系统状况，引进新品添加剂阿维酮，相应减少其它添加剂用量。

（9）做好始极片的剪边工作，始极片以定位基准进行裁剪，确保剪出的始极片四边平直，无斜口。

（10）定时检查阴极泡洗槽，确保电铜煮洗水的水温大于95℃。

（11）密切关注槽压表，当槽电压显示异常时，逐槽测量，如果槽电压小于0.2V或大于0.34V时，应及时处理。

（12）做好升降耳工作，在出铜前8-24小时，提高电解液位30-50mm，始极片下槽24小时后，降低电解液位30-50mm。

（13）及时检查短路，采用洒水和拖表等辅助方法检查是否短路，并立即处理。

（14）增强各项辅助设备的点巡检工作，维修和工段做好检查，确保设备正常运转，发现隐患及时提出、整改。

（15）加强槽面管理，控制好各项生产技术指标，定期对操作人员进行技能培训。

3 改进效果

在采取上述改进措施之前，我公司电解车间高纯铜率仅有94%左右；采取了上述措施后，取得了良好的成效。在采用小极距，高电流密度生产模式下，全年高纯铜率可保证在99%以上，经过努力可达到99.5%，最优月度高纯铜率曾达到99.7%。

4 结论

在铜电解精炼过程中，控制好各项生产技术指标，是提高高纯铜产出率的根本途径。针对电解生产实践，以及影响电铜质量的各种现象与成因，我厂积累了大量的有效应对措施，并且取得了良好的效果和收益，可为同行业提高高纯电解铜的产出率，提供了一定借鉴。