毛志華

（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

銅是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中應(yīng)用最為廣泛的重要基礎(chǔ)原材料之一，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)市場對銅金屬原料的需求不斷增長。然而國內(nèi)銅原料供給率嚴(yán)重不足，從而約束銅產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展,需要通過"走出去"的戰(zhàn)略，充分利用國際資源。江西銅業(yè)股份有限公司（以下簡稱江銅）伴隨著國家“一帶一路”的發(fā)展契機(jī)，深入推進(jìn)對外開放合作，加快企業(yè)的國際化進(jìn)程。江銅把握時機(jī)與國際礦業(yè)巨頭實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作 ，引進(jìn)外購陽極進(jìn)入系統(tǒng)生產(chǎn)。但是外購陽極成分與江銅自產(chǎn)陽極相比較，區(qū)別較大。目前江銅貴溪冶煉廠電解車間（以下簡稱貴冶）電解液成分適用于自產(chǎn)陽極，外購陽極通過生產(chǎn)實(shí)踐表明，現(xiàn)有生產(chǎn)模式處理外購陽極產(chǎn)出的陰極銅在物理外觀、化學(xué)成分上都與自產(chǎn)陰極銅有較大的差距，因此有必要開展復(fù)雜原料電解研究和攻關(guān)，消除其對電解精煉過程造成的影響，提高銅電解精煉過程對復(fù)雜原料適應(yīng)能力，提升陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量。

2 陰極銅上口粒子成因

在現(xiàn)有的生產(chǎn)模式下外購陽極產(chǎn)出的陰極銅上口長粒子（如圖1、圖2），甚至有的在板面、側(cè)邊長出針狀毛刺粒子（如圖3）。陰極銅粒子的主要影響有：影響陰極銅物理外觀，降低物理合格率；粒子中含有其他雜質(zhì)降低主品位，影響其他深加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖 1 陰極銅

圖 2 陰極銅

圖 3 陰極銅

經(jīng)分析，外購陽極產(chǎn)出的陰極銅的化學(xué)成分達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)，但由于陰極銅上口粒子，產(chǎn)品在物理規(guī)格上未能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。自產(chǎn)陽極和外購陽極的化學(xué)成分見表1。

表1 自產(chǎn)陽極和外購陽極的化學(xué)成分 %

電解過程中陰極銅上口粒子的原因有很多，可以歸納成以下幾種：

（1）添加劑加入量不當(dāng)。

目前，國內(nèi)銅電解廠普遍采用的添加劑有骨膠、硫脲、鹽酸、干酪素等。當(dāng)這幾種添加劑大量加入時，有時可以起到抑制陰極銅表面生長粒子的作用。 但由于加入量較大，有一部分尚未充分發(fā)揮作用就相互反應(yīng)或分解，分解的產(chǎn)物易黏附于陰極表面引起陰極銅質(zhì)量下降。尤其是鹽酸和干酷素相互反應(yīng)形成白色乳狀物 Cu（N2H4CS）2Cl 及 CuCl2；同時吸附較多的 As、Sb 于陰極表面，影響陰極主品位。鹽酸添加過多時陰極表面易形長出針狀粒子［1］。

（2）漂浮陽極泥［2］粘附在陰極上口。

外購陽極在電解過程中產(chǎn)生大量漂浮陽極泥，由于漂浮陽極泥在電解槽上部流動性差而黏附在陰極銅上口，造成陰極銅上沿長粒子。漂浮陽極泥多呈不規(guī)則的、表面粗糙的非晶體顆粒。與陽極泥相比，漂浮陽極泥顆粒在電解槽中停留的時間要長些。漂浮陽極泥的化學(xué)成分見表2。

表2 漂浮陽極泥的化學(xué)成分 %

陰極銅中所含的砷、銻、鉍主要是由漂浮陽極泥污染以及陰極沉積物晶體間的毛細(xì)孔隙吸附了含有砷、銻、鉍的電解液所引起的，影響陰極銅的質(zhì)量。

（3）陽極表面的銅粉粉末。

固體顆粒附著于陰極而引起的粒子。

①金屬銅粉的附著。陽極中的氧主要以Cu2O形態(tài)存在，它與電解液中的硫酸會發(fā)生下列反應(yīng)而析出銅粉：

此外，新陽極裝槽前，若未經(jīng)酸洗；或雖洗卻未洗凈除去表面的Cu2O 粉末，將會發(fā)生上述反應(yīng)產(chǎn)生銅粉，而引起銅粉粒子的生長。

② Cu2O 的粘附。新裝入陽極，若未將表面的Cu2O 用酸泡洗除凈，在電解過程中表面的Cu2O 掉落在電解液中，隨電解液飄游。當(dāng)其未與硫酸充分作用時，即可能以Cu2O 薄片粘附于陰極，以此為基點(diǎn)生長出疏松的片狀粒子，發(fā)展速度較快，不需很長的時間就能擴(kuò)展至較大的面積，情況嚴(yán)重時甚至整個陰極板面都會被布滿。

3 減少上口粒子的方法

3.1 添加劑

為了防止陰極銅表面長出疙瘩或樹枝結(jié)晶，以獲得表面光滑、結(jié)晶致密的陰極銅產(chǎn)品，電解液中需要加入膠體物質(zhì)或者其他表面活性物質(zhì)，如明膠、硫脲［3］等。貴冶電解液系統(tǒng)中將骨膠、硫脲、鹽酸作為添加劑。外購陽極成分復(fù)雜，產(chǎn)生的漂浮陽極泥多，不易沉降，各種添加劑的用量相應(yīng)的多一些，而且需要增加有沉降漂浮陽極泥作用的添加劑［4］。通過研究和實(shí)踐，最后采用以骨膠、硫脲、鹽酸、干酪素作為聯(lián)合添加劑［5］。添加劑對陰極銅出現(xiàn)粒子的影響如表3 所示。

生產(chǎn)過程中添加劑對粒子有一定作用，但是過高、過低的計(jì)量都會造成粒子的加快生長，添加劑計(jì)量平衡范圍較小，并且容易發(fā)生波動。所以需要調(diào)節(jié)好添加劑的配比是至關(guān)重要的，才能有效的消除粒子，提高陰極銅質(zhì)量。

表3 添加劑不同量所產(chǎn)生的粒子情況對比數(shù)據(jù)（每槽陰極銅51 塊）

3.2 漂浮陽極泥

（1）貴冶東擴(kuò)系統(tǒng)為了滿足外購陽極銅的生產(chǎn)工藝條件，由原先的“下進(jìn)上出”（b）循環(huán)方式改為“上進(jìn)下出”（a）循環(huán)方式（圖4）?！吧线M(jìn)下出”是將原先置于電解槽底部的進(jìn)液底管去除，直接改為液面上進(jìn)液；在電解槽另一長邊中央下部用絕緣材料設(shè)一導(dǎo)流出液口。電解液“上進(jìn)下出”的方法有利于陽極泥沉降在電解槽底部，減少漂浮陽極泥。

圖4 電解液循環(huán)方式

（2）加強(qiáng)電解液的凈化和過濾，控制電解液中可溶雜質(zhì)和固體懸浮物的濃度在一定范圍，保持電解液的清亮，降低電解液的密度，便于陽極泥的沉降。凈液工序［6］加強(qiáng)電解液的凈化，提高電解液中雜質(zhì)脫除效率，保證電解液中較低的砷、銻、鉍濃度。保證電解液中漂浮陽極泥（懸浮物）含量低于20～30mg/L，有利于陰極銅的正常生產(chǎn)。貴冶東擴(kuò)電解液優(yōu)化過濾系統(tǒng)，不再使用手動壓濾機(jī)優(yōu)化過濾，而改用處理能力更大的Larox 過濾機(jī)對系統(tǒng)電解液進(jìn)行優(yōu)化過濾。老式廂式壓濾機(jī)，實(shí)際過濾能力大約為40m3/h，而Larox 過濾機(jī)能力可以達(dá)到200m3/h，系統(tǒng)使用Larox 過濾機(jī)，大大提高了整個系統(tǒng)的電解液凈化能力。

（3）優(yōu)化操作流程，增加液位提放次數(shù)，使在同一液位停留時間縮短，從而使得粘附的漂浮陽極泥掉落，隨電解液流出電解槽。

3.3 陽極表面的銅粉粉末

（1） 針對外購陽極裝槽前均增加一道泡洗流程。對泡洗方式、泡洗水的酸度、溫度以及泡洗時間比對試驗(yàn)，最終確定在泡洗槽內(nèi)加入1/3 的電解液，泡洗溫度≥80℃，泡洗時間≥2 h，結(jié)束后再到清水中泡洗20 min 入槽效果最佳，確保了陽極表面的Cu2O 和脫模劑的高效脫除和表面活化。

（2）送電前高液位需浸沒陰極上沿，且延長電解液浸沒時間使漂浮于電解液上端的固體顆粒溢流出電解槽。

4 結(jié)語

（1）陰極銅上口粒子主要由電解液中的漂浮陽極泥導(dǎo)致產(chǎn)生，通過調(diào)節(jié)添加劑配比、電解液循環(huán)方式以及陽極板表面固體顆粒的處理，陰極銅上口粒子大幅減少，保證了陰極銅的質(zhì)量，同時提高了貴冶在銅電解精煉過程中對復(fù)雜原料的適應(yīng)能力。

（2）在處理外購陽極的系統(tǒng)內(nèi)增加了干酪素作為添加劑，年平均采購成本增加10.8 萬元。實(shí)施改進(jìn)措施后，外購陽極產(chǎn)出不合格陰極銅由2019年日均12 捆縮減至日均5 捆；每年能增加61 萬元的陰極銅銷售效益。