浅谈影响电解铜质量的因素及措施

赖长盛

（江西铜业（清远）有限公司，广东 清远 511500）

铜的电解提纯：把铜含量99%的粗铜打造成厚板与纯铜打造的薄片分别放置为阳极和阴极，选择硫酸与硫酸铜的混和液充当电解液。接入电源,铜将在阳极变为铜离子转向阴极，在阴极处出现电子，同时将析出纯铜，也就是电解铜。粗铜内杂质也将以离子的形式存在，最为常见的铁、锌等活跃元素，然而此类离子不同于铜离子，难以有效析出，因此在电解的过程中，可以通过协调电位差的形式，使得此类离子免除阳极处析出。其他活跃度相对较低的元素，则将会直接堆积在电解槽的底端，最为常见的主要有金和银等元素。由此最终产品的铜板也就是电解铜，有着较高的质量，能够用于打造电气产品。对于电解槽底端的离子群属于“阳极泥”，拥有大量的金和银，其价值较高，产生巨大的经济收益。

1 电解基本原理

借助火法来冶炼铜能够生成98%～99.8%铜含量的产品，难以有效对接现代工业的需求。所以，大多数火法冶炼铜往往要借助电解铜的形式，有效弥补火法冶炼中出现的杂质，生成电解铜。19世纪70年代，电解铜这一工艺开始应用在工业领域中，实现了基本原理的沿用。现阶段，在银联投资过程当中，大多都借助传统法与永久性阴极法，此次研究的重点在于传统法，一般认为传统法师采取火法精炼的形式，将阳极板与纯铜薄片分别设置在阳极和阴极，选择硫酸铜与硫酸的混合液充当电解液，那么在接通电源之后，阳极处的铜能够与电位较负的金属同时与溶液混合，其他贵金属和难以溶解的物质将在电解槽的底端沉积。溶液内的铜能够从阴极处析出，而电位较负的金属与电解液进行的净化活动同时消除。另外，析出的铜纯度高达99.99%，属于一种高纯阴极铜，也就是电解铜。

2 铜电解主要控制技术及参数

2.1 原料

对于原料来说需要满足各类指标，其一物理规格要对接各个阳极板的重量差小于5%，保持同等厚度，另外下厚度要小于上厚度；板面尽可能不要弯曲、药无气泡、毛刺与其他的附着物；耳部也要保持完好无损，不能出现冷隔层等情况。鼓肚、弯曲的阳极板会发生极间短路，极大威胁电效。下表1具体展示了原料的化学指标情况。

表1 原料的化学指标

2.2 电解液成分

铜电解液是一种硫酸铜与硫酸的混合液，假设将阴极与阳极看作是同电解阶段的支柱，那么电解液就是整个铜电解活动中必不可少的载体，使得铜离子实现了有效的转移，电解液、阴阳极的成分和电解铜的质量存在着相关性。下表2是对于结液组成成分的具体展示。H2S2O4有着一定的局限性，同时硫酸和硫酸铜的溶解度呈现出负相关的关系，当硫酸相对较低时，硫酸铜的溶解度相对较高，电解液中Cu2+浓度要尽可能大于35g/L，从而使得AS、Sb、Bi等物质能够有效在阴极处析出，Cu2+浓度的变化将直接影响电阻、槽电压、电能消耗的变化，同时呈现出正相关的关注。在到达某一点时会析出硫酸铜。

表2 解液的组成成分

2.3 电解液温度、循环

电解液容易受到温度的影响，温度与电解液的粘稠度之间呈现出负相关的关系，也就是当温度相对较低时，将加大电解液的粘稠度，进而阻碍了阳极泥的堆积，电解液电阻值较高，需要产生较大的能耗。不可忽略的是，铜离子本身的扩散能力与阴极处铜离子贫化几率呈现负相关的关系，当温度到达某一高点时，整个添加剂将会在短时间内有效分解，增加电解液的蒸发量，进而不利于作业环境的进化，会产生大量能耗。当电解液在60℃～65℃时，整个铜的质量相对较高，能耗量较小。针对避免浓差极化、热量扩散、添加剂、体积恒定等目标，必须借助电解液的循环，阳极板的成分、电流密度、电解槽的容积都直接影响电解液的循环量，大多数情况下单槽电解液循环量18L/min～35L/min，循环方式主要有上进下出与下进上出。平行流技术选择大电流密度，是一种强化循环形式。本单位为加快阳极泥沉淀，借助上进下出，循环量大概在20L/min～22L/min。

2.4 添加剂

为了确保电解铜的高质量和高纯度，对于电解活动阶段，往往需要添加一定的活性物质，最为常见的主要包括明胶、硫脲、干酪素、盐酸等。明胶可以提高阴极铜结晶的纯度和净度，提高光滑度，极大压制表面结粒。硫脲能够提高阴极铜结晶的细化和密度，发挥细化结晶的功能。盐酸是一种添加剂，能够将部分AgCl沉淀转移到阳极泥，控制贵金属的沉积，提高阳极的光滑度。

2.5 电流密度、同极距

电流密度对于铜电解生产发挥重要的作用，将会制约阴极铜沉积物结垢和特性，当电流密度相对较小时，存在的细粒、粘附的阴极沉积物，阻碍后续生成晶核。维持电流密度不变，在硫酸浓度与硫酸铜浓度的作用之下，也将会直接影响电解液的电压，同时二者浓度与电阻、电压均呈现出正相关的关系；保持电解液成分一定，电流密度将直接确定电解液的电压，同时二者之间呈现出正相关的关系，当电流密度与电压相对较高时，电耗也相对较大，本单位大多保持250A/m2。同极距是槽内相邻阴极或阳极中心之间的间距，合理的缩短极距能够减小电解液的电压降，保持小电耗，同时出现多个槽内的阴阳极片数，保持高生产率，另外加大电极短路的漏洞，本单位选择了一个半小时。

3 影响电解铜质量的因素及解决措施

3.1 板面粒子

板面局部粒子，由于阴阳极极距的差异，使得阳极板出现了不平整、鼓包和存在其他附着物的情况，在这样的情况之下，要明确合理的阳极板，将其放在槽头、槽尾；阳极板在电解槽中弯曲，阳极板位于双极照缸处调整，维持水平；而始极片局部水平效果差额问题，要在机组、出装槽处保持水平；对于始极片薄，由于加工应力出现的弯曲，要借助电调平板，实现水平，另外种板检查钛板、接触点；电调调整短路阶段附近电铜极距不同，所以在调节短路过程中必须有效监测附近3块阴阳极板；电调借助探棍过程中，将涉及到阳极，同时需要将这一工具紧紧靠着电铜表面，避免扬起槽底沉降的阳极泥。板面存在诸多粒子：其一可能是阳极板不光滑，槽电压较高，要借助单槽断电、吊出阳极板冲洗；其二，可能是原料阳极板高氧度，确保高位槽液位存在溢流，分液缸排气，由此减轻含氧量高的制约；同时由于溢流口挡液板缺陷、循环量小，电解槽中铜离子贫化、接触点导电性差，添加剂使用不当等因素，使得板面出现了诸多的粒子。板面下部粒子，可能是始极片弓板、不平直、出装槽必须根据要求调整各个始极片。同时由于电解液量多，阳极泥难以堆积，细小颗粒位于始极片，出现了部分短路的情况，也是出现粒子的原因，电解铜含银量的增加，必须及时了解和把握电解液中各成分的含量，去除各类杂质和分解物。

3.2 异形、刀口铜

其特征在于电铜边缘有缺口、电铜左右厚度不同，完成此类问题的原因在于：钛板表面出现氧化层或油污，铜皮韧性差、压纹存在裂纹、存在偏板，电调解决短路后没回归原位，根据具体问题选择匹配的方法，比如修整钛板，增加或者减少添加剂，保证调片和照缸的品质，解决短路问题后要明确左右是否对正，机组对于铆耳时片歪斜状态、高低耳现象，必须进行扶正。对于阴阳极板近来说，其电解液的电阻与电流存在负相关关系。所以，此处十分容易出现金属沉积，生成大量的粒子，分布在表面各个部分，因此出现了刀口铜。

3.3 上沿白边、下沿发绿

当电解液的液位相对较低时，将会直接使得电解铜出现了开花粒子或白边，许多硫酸铜结晶处于上沿，在缺水时转化为白色粉末。针对这一现象必须要继续高度关注槽面作业管理，在规定时间内完成提液，或者在出铜前借助高压水枪进行冲洗，当电解铜下沿发绿时，大多数是因为电铜下沿存在硫酸铜水印，遇潮发绿，烫洗水未长期应用，存在较大的酸性物质，烫洗时间、烫洗水温度违规等因素，因此，可以通过不同的因素来选择差异化、精准化的方法，比如加大烫洗时间，升高烫洗温度等。

4 电解铜的用途

当铜以基体角色存在时，大多铜合金的形式，铜与合金元素的有效融合，将直接影响许多机械性能，另外不会改变纯铜的优良属性，许多铜合金物质主要有：黄铜、青铜、白铜，能够广泛用于电子、电器、国防工业等领域，用来制作冷凝器、换热器等，特别是可以生成核废料容器、记忆合金等。

5 电解铜的发展前景

我国对于铜的生产有着特定的程序与规范，大多数情况下会借助铜精矿和火法冶炼粗铜。现阶段，各个行业主体的加工比冶炼能力要强，冶炼能力大于铜精矿的维护水平，铜精矿资源和废杂铜大多来自于进口。通过相关的数据了解到，进入21世纪之后，我国铜精矿的产量持续保持稳定，大概在年产60万吨。截止2017年冬，冶炼能力高达370万吨，比我国国内铜精矿资源的保障能力、国际市场的铜精矿量都要高。国内铜矿山的生产能力仅仅对接冶炼能力的四成左右。大多数情况下，当一个国家对于某种资源持续性的保持进口时，也就意味着其资源的自给率相对较小，使得我国诸多龙头企业在产业链上的优势相对较小，将极有可能会成为国际铜矿和冶炼商在本土的代理加工基地，不利于行业的进步与发展，也将极大威胁国家战略的推进与经济安全。

6 结语

总的来说，铜电解属于相对复杂的电化学反应活动，电解铜质量容易受到多重因素的影响和制约，所以必须要提高对电解铜质量的关注，避免出现大量的不合格物品，另外在梳理前期规律与总结经验的前提下，紧紧把握现实情况与影响因素，借助精准化的举措有效处理各类问题，进而提高产品的质量与水平，实现更高的产品经济效益，对于企业来说也将保持更大的竞争优势。