淺談影響電解銅質(zhì)量的因素及措施

賴長盛

（江西銅業(yè)（清遠）有限公司，廣東 清遠 511500）

銅的電解提純：把銅含量99%的粗銅打造成厚板與純銅打造的薄片分別放置為陽極和陰極，選擇硫酸與硫酸銅的混和液充當電解液。接入電源,銅將在陽極變?yōu)殂~離子轉(zhuǎn)向陰極，在陰極處出現(xiàn)電子，同時將析出純銅，也就是電解銅。粗銅內(nèi)雜質(zhì)也將以離子的形式存在，最為常見的鐵、鋅等活躍元素，然而此類離子不同于銅離子，難以有效析出，因此在電解的過程中，可以通過協(xié)調(diào)電位差的形式，使得此類離子免除陽極處析出。其他活躍度相對較低的元素，則將會直接堆積在電解槽的底端，最為常見的主要有金和銀等元素。由此最終產(chǎn)品的銅板也就是電解銅，有著較高的質(zhì)量，能夠用于打造電氣產(chǎn)品。對于電解槽底端的離子群屬于“陽極泥”，擁有大量的金和銀，其價值較高，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟收益。

1 電解基本原理

借助火法來冶煉銅能夠生成98%～99.8%銅含量的產(chǎn)品，難以有效對接現(xiàn)代工業(yè)的需求。所以，大多數(shù)火法冶煉銅往往要借助電解銅的形式，有效彌補火法冶煉中出現(xiàn)的雜質(zhì)，生成電解銅。19世紀70年代，電解銅這一工藝開始應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中，實現(xiàn)了基本原理的沿用。現(xiàn)階段，在銀聯(lián)投資過程當中，大多都借助傳統(tǒng)法與永久性陰極法，此次研究的重點在于傳統(tǒng)法，一般認為傳統(tǒng)法師采取火法精煉的形式，將陽極板與純銅薄片分別設(shè)置在陽極和陰極，選擇硫酸銅與硫酸的混合液充當電解液，那么在接通電源之后，陽極處的銅能夠與電位較負的金屬同時與溶液混合，其他貴金屬和難以溶解的物質(zhì)將在電解槽的底端沉積。溶液內(nèi)的銅能夠從陰極處析出，而電位較負的金屬與電解液進行的凈化活動同時消除。另外，析出的銅純度高達99.99%，屬于一種高純陰極銅，也就是電解銅。

2 銅電解主要控制技術(shù)及參數(shù)

2.1 原料

對于原料來說需要滿足各類指標，其一物理規(guī)格要對接各個陽極板的重量差小于5%，保持同等厚度，另外下厚度要小于上厚度；板面盡可能不要彎曲、藥無氣泡、毛刺與其他的附著物；耳部也要保持完好無損，不能出現(xiàn)冷隔層等情況。鼓肚、彎曲的陽極板會發(fā)生極間短路，極大威脅電效。下表1具體展示了原料的化學(xué)指標情況。

表1 原料的化學(xué)指標

2.2 電解液成分

銅電解液是一種硫酸銅與硫酸的混合液，假設(shè)將陰極與陽極看作是同電解階段的支柱，那么電解液就是整個銅電解活動中必不可少的載體，使得銅離子實現(xiàn)了有效的轉(zhuǎn)移，電解液、陰陽極的成分和電解銅的質(zhì)量存在著相關(guān)性。下表2是對于結(jié)液組成成分的具體展示。H2S2O4有著一定的局限性，同時硫酸和硫酸銅的溶解度呈現(xiàn)出負相關(guān)的關(guān)系，當硫酸相對較低時，硫酸銅的溶解度相對較高，電解液中Cu2+濃度要盡可能大于35g/L，從而使得AS、Sb、Bi等物質(zhì)能夠有效在陰極處析出，Cu2+濃度的變化將直接影響電阻、槽電壓、電能消耗的變化，同時呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)注。在到達某一點時會析出硫酸銅。

表2 解液的組成成分

2.3 電解液溫度、循環(huán)

電解液容易受到溫度的影響，溫度與電解液的粘稠度之間呈現(xiàn)出負相關(guān)的關(guān)系，也就是當溫度相對較低時，將加大電解液的粘稠度，進而阻礙了陽極泥的堆積，電解液電阻值較高，需要產(chǎn)生較大的能耗。不可忽略的是，銅離子本身的擴散能力與陰極處銅離子貧化幾率呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系，當溫度到達某一高點時，整個添加劑將會在短時間內(nèi)有效分解，增加電解液的蒸發(fā)量，進而不利于作業(yè)環(huán)境的進化，會產(chǎn)生大量能耗。當電解液在60℃～65℃時，整個銅的質(zhì)量相對較高，能耗量較小。針對避免濃差極化、熱量擴散、添加劑、體積恒定等目標，必須借助電解液的循環(huán)，陽極板的成分、電流密度、電解槽的容積都直接影響電解液的循環(huán)量，大多數(shù)情況下單槽電解液循環(huán)量18L/min～35L/min，循環(huán)方式主要有上進下出與下進上出。平行流技術(shù)選擇大電流密度，是一種強化循環(huán)形式。本單位為加快陽極泥沉淀，借助上進下出，循環(huán)量大概在20L/min～22L/min。

2.4 添加劑

為了確保電解銅的高質(zhì)量和高純度，對于電解活動階段，往往需要添加一定的活性物質(zhì)，最為常見的主要包括明膠、硫脲、干酪素、鹽酸等。明膠可以提高陰極銅結(jié)晶的純度和凈度，提高光滑度，極大壓制表面結(jié)粒。硫脲能夠提高陰極銅結(jié)晶的細化和密度，發(fā)揮細化結(jié)晶的功能。鹽酸是一種添加劑，能夠?qū)⒉糠諥gCl沉淀轉(zhuǎn)移到陽極泥，控制貴金屬的沉積，提高陽極的光滑度。

2.5 電流密度、同極距

電流密度對于銅電解生產(chǎn)發(fā)揮重要的作用，將會制約陰極銅沉積物結(jié)垢和特性，當電流密度相對較小時，存在的細粒、粘附的陰極沉積物，阻礙后續(xù)生成晶核。維持電流密度不變，在硫酸濃度與硫酸銅濃度的作用之下，也將會直接影響電解液的電壓，同時二者濃度與電阻、電壓均呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系；保持電解液成分一定，電流密度將直接確定電解液的電壓，同時二者之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，當電流密度與電壓相對較高時，電耗也相對較大，本單位大多保持250A/m2。同極距是槽內(nèi)相鄰陰極或陽極中心之間的間距，合理的縮短極距能夠減小電解液的電壓降，保持小電耗，同時出現(xiàn)多個槽內(nèi)的陰陽極片數(shù)，保持高生產(chǎn)率，另外加大電極短路的漏洞，本單位選擇了一個半小時。

3 影響電解銅質(zhì)量的因素及解決措施

3.1 板面粒子

板面局部粒子，由于陰陽極極距的差異，使得陽極板出現(xiàn)了不平整、鼓包和存在其他附著物的情況，在這樣的情況之下，要明確合理的陽極板，將其放在槽頭、槽尾；陽極板在電解槽中彎曲，陽極板位于雙極照缸處調(diào)整，維持水平；而始極片局部水平效果差額問題，要在機組、出裝槽處保持水平；對于始極片薄，由于加工應(yīng)力出現(xiàn)的彎曲，要借助電調(diào)平板，實現(xiàn)水平，另外種板檢查鈦板、接觸點；電調(diào)調(diào)整短路階段附近電銅極距不同，所以在調(diào)節(jié)短路過程中必須有效監(jiān)測附近3塊陰陽極板；電調(diào)借助探棍過程中，將涉及到陽極，同時需要將這一工具緊緊靠著電銅表面，避免揚起槽底沉降的陽極泥。板面存在諸多粒子：其一可能是陽極板不光滑，槽電壓較高，要借助單槽斷電、吊出陽極板沖洗；其二，可能是原料陽極板高氧度，確保高位槽液位存在溢流，分液缸排氣，由此減輕含氧量高的制約；同時由于溢流口擋液板缺陷、循環(huán)量小，電解槽中銅離子貧化、接觸點導(dǎo)電性差，添加劑使用不當?shù)纫蛩?，使得板面出現(xiàn)了諸多的粒子。板面下部粒子，可能是始極片弓板、不平直、出裝槽必須根據(jù)要求調(diào)整各個始極片。同時由于電解液量多，陽極泥難以堆積，細小顆粒位于始極片，出現(xiàn)了部分短路的情況，也是出現(xiàn)粒子的原因，電解銅含銀量的增加，必須及時了解和把握電解液中各成分的含量，去除各類雜質(zhì)和分解物。

3.2 異形、刀口銅

其特征在于電銅邊緣有缺口、電銅左右厚度不同，完成此類問題的原因在于：鈦板表面出現(xiàn)氧化層或油污，銅皮韌性差、壓紋存在裂紋、存在偏板，電調(diào)解決短路后沒回歸原位，根據(jù)具體問題選擇匹配的方法，比如修整鈦板，增加或者減少添加劑，保證調(diào)片和照缸的品質(zhì)，解決短路問題后要明確左右是否對正，機組對于鉚耳時片歪斜狀態(tài)、高低耳現(xiàn)象，必須進行扶正。對于陰陽極板近來說，其電解液的電阻與電流存在負相關(guān)關(guān)系。所以，此處十分容易出現(xiàn)金屬沉積，生成大量的粒子，分布在表面各個部分，因此出現(xiàn)了刀口銅。

3.3 上沿白邊、下沿發(fā)綠

當電解液的液位相對較低時，將會直接使得電解銅出現(xiàn)了開花粒子或白邊，許多硫酸銅結(jié)晶處于上沿，在缺水時轉(zhuǎn)化為白色粉末。針對這一現(xiàn)象必須要繼續(xù)高度關(guān)注槽面作業(yè)管理，在規(guī)定時間內(nèi)完成提液，或者在出銅前借助高壓水槍進行沖洗，當電解銅下沿發(fā)綠時，大多數(shù)是因為電銅下沿存在硫酸銅水印，遇潮發(fā)綠，燙洗水未長期應(yīng)用，存在較大的酸性物質(zhì)，燙洗時間、燙洗水溫度違規(guī)等因素，因此，可以通過不同的因素來選擇差異化、精準化的方法，比如加大燙洗時間，升高燙洗溫度等。

4 電解銅的用途

當銅以基體角色存在時，大多銅合金的形式，銅與合金元素的有效融合，將直接影響許多機械性能，另外不會改變純銅的優(yōu)良屬性，許多銅合金物質(zhì)主要有：黃銅、青銅、白銅，能夠廣泛用于電子、電器、國防工業(yè)等領(lǐng)域，用來制作冷凝器、換熱器等，特別是可以生成核廢料容器、記憶合金等。

5 電解銅的發(fā)展前景

我國對于銅的生產(chǎn)有著特定的程序與規(guī)范，大多數(shù)情況下會借助銅精礦和火法冶煉粗銅?，F(xiàn)階段，各個行業(yè)主體的加工比冶煉能力要強，冶煉能力大于銅精礦的維護水平，銅精礦資源和廢雜銅大多來自于進口。通過相關(guān)的數(shù)據(jù)了解到，進入21世紀之后，我國銅精礦的產(chǎn)量持續(xù)保持穩(wěn)定，大概在年產(chǎn)60萬噸。截止2017年冬，冶煉能力高達370萬噸，比我國國內(nèi)銅精礦資源的保障能力、國際市場的銅精礦量都要高。國內(nèi)銅礦山的生產(chǎn)能力僅僅對接冶煉能力的四成左右。大多數(shù)情況下，當一個國家對于某種資源持續(xù)性的保持進口時，也就意味著其資源的自給率相對較小，使得我國諸多龍頭企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上的優(yōu)勢相對較小，將極有可能會成為國際銅礦和冶煉商在本土的代理加工基地，不利于行業(yè)的進步與發(fā)展，也將極大威脅國家戰(zhàn)略的推進與經(jīng)濟安全。

6 結(jié)語

總的來說，銅電解屬于相對復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)活動，電解銅質(zhì)量容易受到多重因素的影響和制約，所以必須要提高對電解銅質(zhì)量的關(guān)注，避免出現(xiàn)大量的不合格物品，另外在梳理前期規(guī)律與總結(jié)經(jīng)驗的前提下，緊緊把握現(xiàn)實情況與影響因素，借助精準化的舉措有效處理各類問題，進而提高產(chǎn)品的質(zhì)量與水平，實現(xiàn)更高的產(chǎn)品經(jīng)濟效益，對于企業(yè)來說也將保持更大的競爭優(yōu)勢。