夏志薇，馬堅(jiān)剛，夏興旺，謝太李，夏先敏

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠 江西, 貴溪 335424）

1 引言

金是人類最早認(rèn)識(shí)和使用的金屬之一，其具有獨(dú)特的抗腐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域起到關(guān)鍵的作用，因而與其他貴金屬一同被稱為“首要高技術(shù)金屬”。江西銅業(yè)集團(tuán)貴溪冶煉廠是中國(guó)重要的伴生黃金生產(chǎn)基地，黃金的主要原料是銅陽(yáng)極泥，通過(guò)濕法處理得到粗金粉—澆鑄成金陽(yáng)極板—金電解精煉—熔煉鑄型，得到純度99.995%的金錠，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 金錠生產(chǎn)工藝流程圖

2 金電解精煉原理

金電解精煉以粗金陽(yáng)極板作為陽(yáng)極，鈦板為陰極，電解液為金的氯配合物和鹽酸的混合液，經(jīng)電流的作用下不斷發(fā)生氧化還原反應(yīng)。陽(yáng)極中的金不斷失去電子轉(zhuǎn)化為離子進(jìn)入溶液，在電場(chǎng)的作用下，不斷向陰極方向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陰極后得到電子還原成金屬金，金電解就是金陽(yáng)極板轉(zhuǎn)化成離子，在陰極還原成金的過(guò)程。金電解主要反應(yīng)如下。

陽(yáng)極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

由法拉第第一定律知道，電解在電極上電解出來(lái)的物質(zhì)的量與通過(guò)的電量成正比。由第二定律知道，電解任何電解質(zhì)，在通過(guò)相同的電量時(shí)，在電極上電解出來(lái)的物質(zhì)的量與它們的化學(xué)當(dāng)量成正比，析出1g當(dāng)量的任何物質(zhì)都需要26.8A·h的電量。

實(shí)際電解產(chǎn)物的量與按法拉第定律計(jì)算得的理論產(chǎn)量之比稱為電流效率，用百分?jǐn)?shù)表示為：

這個(gè)常數(shù)稱作金屬金的電化當(dāng)量。

在金電解過(guò)程中，消耗相同的電量，電流效率越高，獲得的電金就越多，因此金電解電流效率是金電解生產(chǎn)中最重要的指標(biāo)之一。它直接關(guān)系到電能消耗的多少，生產(chǎn)成本的高低，它標(biāo)志著金電解生產(chǎn)技術(shù)水平的高低。貴冶金電解電流效率曾一度低下，從2013年以來(lái)至2019年一直小于97%，為了提高電流效率，我們進(jìn)行一系列的研究，取得了顯著的成效，從2020年至今金電解電流效率均大于97%，進(jìn)入國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，具體如下表1所示。

表1 2013-2021年金電解電流效率情況 %

3 影響金電解電流效率的因素

金電解精煉過(guò)程中，其主要的控制參數(shù)有電解液的成分、陰極電流密度、槽電壓、極間距、電解液溫度、電解液循環(huán)量、導(dǎo)電性等［1］。

（1）電解液成分。金電解液由氯金酸（HAuCl4）溶液與游離的鹽酸組成、同時(shí)還有少量的銀、銅、鉛等其它雜質(zhì)，其中金、銀、銅離子濃度及酸度是電解液成分的控制核心，為了保證金電解過(guò)程的穩(wěn)定性，確保電流效率，電解液中金離子濃度、酸度、雜質(zhì)含量應(yīng)當(dāng)控制在一定的范圍。

（2）陰極電流密度。電流密度是指在陰極板單位有效面積上的電流強(qiáng)度［2］，電流密度是影響金電解效率的主要因素，金電解電流密度計(jì)算方法為：J=I/A，其中J為電流密度，I為通過(guò)陰極板電流，A為陰極板面積。隨著陰極電流密度的增加，電流效率隨之提高，根據(jù)電流密度計(jì)算公式，可通過(guò)控制金電解直流電流大小及陰極板面積大小，控制電流效率。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一般控制在700A/m2，但是電流密度也不能過(guò)高，太高容易引起其它離子共同放電，促使陰極表面出現(xiàn)樹(shù)枝狀結(jié)晶和粒子而導(dǎo)致短路，而且會(huì)使的陰極析出金的速度大于金陽(yáng)極板溶解擴(kuò)散遷移到陰極表面的速度，引起陰極上發(fā)生副反應(yīng)，使得電流效率下降。

（3）槽電壓。槽電壓是指電解槽中相鄰的陰陽(yáng)極板之間的電壓降，是影響電解效率的主要因素之一，通常與電解槽陰陽(yáng)極間距、金陽(yáng)極板成分、導(dǎo)電棒導(dǎo)電效果、電解液導(dǎo)電率等因素有關(guān)。

（4）極間距。金電解精煉過(guò)程中會(huì)在陰極鈦板上析出電金，慢慢增厚，如果極間距太短，會(huì)出現(xiàn)短路。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，金電解極間距控制在100 mm。極間距大小與槽電壓密切相關(guān)，極間距太大，槽電壓增大，電能消耗增加，電流效率下降，故在條件允許的狀態(tài)下應(yīng)盡可能的縮短極間距離，起到降低槽電壓，節(jié)約電耗，控制電流效率的效果。

（5）電解液溫度。金電解液溫度是影響電解效率的主要因素之一。電解液溫度對(duì)電解液導(dǎo)電性能影響很大。電解液溫度低，電解液電阻大，導(dǎo)電性能降低，影響電流效率，電解液溫度高，電解液電阻小，導(dǎo)電性增加，電能消耗降低，電流效率增加。同時(shí)電解液溫度高可降低極化，防止陽(yáng)極鈍化且改善電金質(zhì)量，但溫度過(guò)高會(huì)增加電解液的揮發(fā)，導(dǎo)致陽(yáng)極泥中金含量增加，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中電解液溫度一般控制在40～55℃。

（6）電解液循環(huán)量。金電解生產(chǎn)過(guò)程中需將電解液進(jìn)行循環(huán)，一方面為了讓金電解液溫度均勻，另一方面保證金離子濃度均勻分布，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，循環(huán)流量根據(jù)電金生長(zhǎng)情況與電解液實(shí)際溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（7）導(dǎo)電性。金電解生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)電性是影響電流效率的重要因素。金電解導(dǎo)電棒采用純銀導(dǎo)電母排進(jìn)行連接，金電解精煉主要在鹽酸介質(zhì)中進(jìn)行，金電解液、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)導(dǎo)電母排、導(dǎo)電棒具有腐蝕性，使得導(dǎo)電性能下降，影響電流效率。

4 提高金電解電流效率的對(duì)策

（1）控制金電解液成分。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，金電解精煉工藝將金電解液金離子控制在120～140g/L范圍內(nèi)，Ag+控制在0.02g/L以下，銀離子濃度不能太高，如果電解液雜質(zhì)含量太高，金離子濃度太低，則需要進(jìn)行造液。具體金電解液成分大致如表2。

表2 金電解液成分

（2）控制適宜的陰極電流密度。陰極電流密度越大金電解電流效率就越高，但是電流密度也不能過(guò)高，為控制適宜的電流密度，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，采用鈦板作為陰極，利用金電解整流柜合理控制電流大小，目前金電解直流電流控制在360～380A之間，通過(guò)控制適宜的陰極電流密度，有效提高電流效率。

（3）穩(wěn)定金電解槽電壓。槽電壓是影響的電解效率的重要因素，正常情況下，金電解槽電壓在0.3～0.5V范圍內(nèi)。金電解采用恒定電流的電解模式，因此槽電壓越大，電能消耗就越大，單槽槽電壓包括陽(yáng)極電位、陰極電位、電解液電阻的電壓降、導(dǎo)體電壓降、槽內(nèi)各點(diǎn)電壓降以及陽(yáng)極板面陽(yáng)極泥的電壓降總和。

在不影響生產(chǎn)的情況下，應(yīng)該降低槽電壓，提高電流效率，日常生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)采用以下措施穩(wěn)定金電解槽電壓：

①通過(guò)提高原料品質(zhì)，即提高粗金粉品質(zhì)，在金陽(yáng)極板澆鑄過(guò)程中采用除雜試劑對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行脫除，提高陽(yáng)極板品位，抑制陽(yáng)極泥殼的產(chǎn)生，提高導(dǎo)電性能，起到降低陽(yáng)極電位的作用；

②及時(shí)更換金陽(yáng)極板，由于金陽(yáng)極板在電解過(guò)程中會(huì)不斷溶解、變小，如果未及時(shí)更換殘極，增大電阻，會(huì)引起陽(yáng)極槽電壓急劇升高；

③確保金電解導(dǎo)電性能，每天定期對(duì)金電解導(dǎo)電母排、導(dǎo)電棒、陰、陽(yáng)極導(dǎo)電端與導(dǎo)電母排之間的接觸點(diǎn)、鈦板與導(dǎo)電棒之間的接觸點(diǎn)進(jìn)行清洗擦拭、打磨，確保良好的接觸；

④控制極間距，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)將陰、陽(yáng)極板間距控制在100mm，能有效降低電解液電壓降，穩(wěn)定槽電壓；

⑤嚴(yán)格控制電解液成分；

⑥加強(qiáng)槽面管理，要求槽面操作人員及時(shí)檢查電解短路、斷路情況，發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，必須保證電金正常生產(chǎn)［4］。

（4）控制同極中心距。為了防止短路，在不影響操作的情況下，通過(guò)不斷摸索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將金電解精煉同極中心距控制在80～100 mm，可有效控制槽電壓，降低電流效率。

（5）直交流電疊加電解。金電解過(guò)程電解液需保持一定的溫度，但金電解精煉通常不采用專門的加熱設(shè)施，依靠自身的電化學(xué)反應(yīng)熱維持溫度，但是電化學(xué)反應(yīng)熱不完全夠，需要在直流電源裝置中疊加交流電進(jìn)行電解精煉，維持電解液所需溫度。金電解精煉過(guò)程以粗金板為陽(yáng)極，陽(yáng)極板中的雜質(zhì)都比金的電位低，都會(huì)電化學(xué)溶解進(jìn)入電解液，游離的銀會(huì)與鹽酸反應(yīng)生產(chǎn)AgCl薄膜，且附著在陽(yáng)極表面，造成陽(yáng)極鈍化，影響電解效率，陽(yáng)極產(chǎn)生副反應(yīng)產(chǎn)生氯氣影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。通常將交流電的電流強(qiáng)度控制為直流電的1～2倍。直交流電疊加電解能夠產(chǎn)生脈動(dòng)電流，解決了 AgCl的危害，避免了陽(yáng)極鈍化和環(huán)境污染，維持電解液溫度，提高了電金純度，間接降低了電流密度，減少了金粉的形成，提高了電流效率。

（6）設(shè)計(jì)金電解液循環(huán)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)金電解循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)，為了讓金電解液中金離子濃度分布均勻，且為金電解液提供一定的溫度，設(shè)計(jì)出金電解下進(jìn)上出的金電解液循環(huán)系統(tǒng)。金電解循環(huán)系統(tǒng)由高位槽、低位槽、鈦泵組成，其中高位槽與低位槽通過(guò)鈦泵連接，高位槽與金電解槽連接，利用高位槽的液自動(dòng)溢流到電解槽內(nèi)，電解槽內(nèi)的電解液通過(guò)溢流口進(jìn)入低位槽，然后通過(guò)鈦泵將低位槽電解液輸送到高位槽，促使電解液無(wú)限循環(huán)，有效的穩(wěn)定了金電解電流效率。

（7 ）加強(qiáng)電解槽槽面管理。電解精煉的電流效率影響因素很多，除了工藝參數(shù)影響之外，電解槽槽面管理工作是影響電流效率的關(guān)鍵。槽面管理主要涉及了裝槽質(zhì)量、槽面清擦等，金電解到周期后，需要將陰極板析出的電金全部取出，然后進(jìn)行裝槽，重新電解，因此裝槽質(zhì)量對(duì)操作人員要求較高。裝槽作業(yè)時(shí)，必須保證陰陽(yáng)極垂直、極間距均勻、導(dǎo)電棒與母排之間接觸良好、導(dǎo)電棒與母排拋光、鈦板掛耳與導(dǎo)電棒接觸良好、布袋架完好等多方面的因素，且在生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止或減少漏點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)電解槽間、溶液循環(huán)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣，及時(shí)清擦電解槽面中的電解液等，在工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下，從源頭上解決因裝槽、操作、或者槽面不干凈等引起的短路、斷路問(wèn)題，引起電流效率下降。

5 結(jié)語(yǔ)

貴冶金電解經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)不斷優(yōu)化金電解生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)管理，金電解電流效率逐年提高，技術(shù)指標(biāo)走在國(guó)內(nèi)同行業(yè)前列。目前金電解電流效率可達(dá)到98%，通過(guò)對(duì)影響金電解電流效率的研究，筆者認(rèn)為，提高金電解電流效率的措施重點(diǎn)在于嚴(yán)格管控工藝參數(shù)、消除接觸斷路、短路、優(yōu)化電解液循環(huán)系統(tǒng)、加強(qiáng)槽面管理、精細(xì)員工的操作、加強(qiáng)巡檢，做好以上措施，可實(shí)現(xiàn)最佳電流效率，做到金電解高效、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。