淺談影響銅電解殘極率的因素分析

易淑芳，曹昌盛，劉宇峰，范 翔，馬登峰，高玉利，劉建新

（大冶有色金屬股份有限公司，湖北 黃石 435000）

從目前來看，對銅的冶煉主要采用了火法，含銅的陽極銅出產率為98.5%～99.5%，在大冶有色金屬冶煉廠，其陽極銅的產出品位一般都不低于98.8%，采用火法冶煉產出的陽極銅并不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對同品質的需求，所以，在還要通過點解工藝來去除火法冶煉中陽極銅中所殘留的雜質。

在對電解技術的評價中，殘極率是最重要的指標，利用火法工序將精煉產出的殘極冶煉出來，實現(xiàn)陽極銅的重新鑄造。在很大程度上，殘極率降低能夠大幅度減少殘極回爐量，能夠幫助企業(yè)節(jié)約重復冶煉的成本。應該以保證點解工序的正常生產和陰極銅的質量為重要基礎，最大限度的使殘極率降到最低。

就當前情況來看，國內外在冶煉工藝、陽極銅重量等指標方面的不同，對銅電解企業(yè)殘極率的標準也是不同的，但一般都會在10%～20%之間。據(jù)有關資料顯示，在2017年，國內冶煉工藝能中大冶有色冶煉廠電解殘極率的標準為13.91%，但是，和世界領先水平還存在很大差距，其進步空間還是很大的。通過不斷的努力，國內冶煉工藝得到了逐步提高，其殘極率也在不斷下降。

1 影響銅電解殘極率的主要因素

在對銅的冶煉中系統(tǒng)中，銅電解質是其中最精煉的一道程序，同時也是陰極銅產出的最后一道工序，主要涉及到陽極整形、出裝槽、槽面管理、殘極洗滌、等多個崗位，這些崗位都會對銅電解殘極率有一定的影響，其中，單塊陽極板的重量、陽極板的物力規(guī)格、陽極板的整形效果以及裝槽質量等都是影響銅電解殘極率的重要因素。

由于殘陽極需要在洗滌干凈之后再送入轉爐進行重熔，再將其送至陽極爐澆鑄才能產出陽極板，然后將陽極板送至電解廠進行電解精煉。所以，銅電解殘極率的降低，實際上是降低了殘陽極的返轉爐重熔，在很大程度上能夠降低陽極爐重熔澆鑄的成本費用，還能降低銅金屬在返轉爐、陽極爐重熔澆鑄的回收率的損失，能夠在很大程度上降低公司的加工成本。

1.1 單塊陽極板的重量

對于陽極板的生產，一般來說都是由電解上游工序、陽極爐生產澆筑而成，其陽極板的單塊重量有設計院設計，一般在387kg±10kg，而陽極板兩個陽極耳朵的重量一般在15kg左右。但是，陽極板的兩個耳朵是在電解槽兩邊的銅導電排上懸掛的，并沒有完全浸泡下電解液中，暴露在空氣中，在整個點解過程中具有重要的痛點作用，并沒有參與點溶解，所以，在對殘陽極重量的計算時，兩個陽極板耳朵的重量也是要被計入的，所以，需要保持陽極板在電解槽中懸掛時必須注意不要偏離中心，使其保持恒定的垂直度，同時還要保證陽極板耳朵對板身的重量有足夠的承受能力，保證陽極耳朵不斷開。要降低陽極殘極率，最直接的方法就是降低陽極板兩個耳朵的重量，通過，熔煉廠陽極爐崗位可以采取減小陽極耳朵的厚度、改變耳朵的彎曲弧度等措施來降低陽極耳朵的重量，能夠在很大程度上降低殘極率。

1.2 陽極板的物理規(guī)格

在陽極板物理規(guī)格中，包含了陽極板厚度、是否存在飛邊毛刺、垂直度以及是否鼓包等方面的內容。

以陽極整形機制的控制要求為基礎，要將陽極板的厚度控制在40mm～50mm之間，而陽極耳朵的厚度應該以吊車吊具的可吊范圍為參考，一般都在30mm～40mm。在與電解廠陽極板厚度、陽極耳朵厚度控制要求相結合的基礎上，其次，要保證單塊陽極板的重量必須在387kg±10kg的基礎上，陽極爐崗位應該對陽極板的磨具進行調整或改造，最大程度的減小陽極板耳朵的厚度，加大陽極板的厚度，還要提高澆鑄水平，保證每塊陽極板的厚度是均勻的，這樣才能達到降低殘極率的目的。

在銅磨溫度不均衡、不能很好控制圓盤運轉速度、銅水中含有揮發(fā)性氣體等多方面因素的影響下，很容易使陽極板出現(xiàn)飛邊毛刺以及鼓包的情況。陽極板出現(xiàn)飛邊毛刺以及鼓包現(xiàn)象的原因主要是由于在裝槽過程中很容易將不銹鋼陰極板頂彎，致使陰極和陽極的距離縮短，造成電解產生粒子的短路或者是陰極和陽極相互接觸出現(xiàn)短路現(xiàn)象，從而提高電流效率，在很大程度上提高了殘極率。其次，在沒有頂彎陰極板的前提下，因為陰極板與飛邊、鼓包的距離很近，電流密度增大，促使粒子增長，而長大的粒子與陽極接觸形成短路，會很大程度上降低電流效率，促使殘極率的增高。

在陽極板澆鑄過程中，若銅模的耳厚與板厚比例不協(xié)調，將導致澆鑄后的陽極板垂直度不行、懸掛在電解槽中未能與槽面垂直，從而致使陽極板底部與陰極板距離太近形成短路。因此，控制陽極板的板厚、飛邊毛刺、鼓包及垂直度等物理規(guī)格，對電解殘極率的降低具有較大影響。

在澆鑄陽極板時，銅模的耳朵厚度與板的厚度比例如果不協(xié)調，在澆鑄后就會影響陽極板的垂直度，在電解槽中懸掛的陽極板與槽面不能保持垂直，縮短了陽極板底部與陰極板之間的距離，很容發(fā)生短路的現(xiàn)象。所以，應該對陽極板的厚度、飛邊毛刺、鼓包以及垂直度等物理規(guī)格嚴格控制，否則就會在很大程度上影響電解殘極率。

1.3 陽極整形效果

受到同模的影響，澆鑄出來的陽極板的兩個耳朵底部凹凸不平，或者是有一定的斜度，在不對其進行處理的情況下就將其裝入電解槽，在電解槽內懸掛的陽極板就會出現(xiàn)傾斜，影響其垂直，很容易縮短陽極底部與陰極板的距離，產生短路，這樣就會提高殘疾率。其次，還會使陽極板的兩個耳朵接觸到電解槽中的導電排，就會對導電效果產生影響，導致耗電量的增加，從而降低電流效率，最終提高了殘極率。所以，必須要對陽極板進行陽極整形，在整形程序完成之后才能夠將其裝入電解槽內進行電解，在陽極板整形過程中，最重要的就是銑削陽極板的兩個耳朵的地步，使其達到鏡面的效果，其目的主要是為了讓陽極板的耳朵接觸到電解槽內的導電排，這樣可以促進導電效果的提高，在很大程度上降低了耗電量，對殘極率的降低也有一定的促進作用。其次，將陽極板垂直掛在電解槽里，并保證陽極板不傾斜，注意避免陰陽兩極之間產生短路，這樣也能使電流效率得到有效提高，從一定程度上降低了殘疾率。

1.4 裝槽質量

在經(jīng)過陽極整形之后，可以將陽極板浸泡在泡洗槽內，將陽極板表面的銅粉、脫模劑除去，也可以直接利用電解液循環(huán)來實現(xiàn)這一目的，然后在進行清洗銅導電排、照缸、墊銅絲等一系列裝槽工作。應該注意的是，在進行陽極板裝槽之前，必須先利用電解液進行銅導電排的清洗，之后再使用不銹鋼鋼絲刷進行刷洗，最后還要利用冷凝水沖洗導電排，在確認電解液沒有殘留的情況下才能夠進行裝槽工作，以免硫酸銅結晶對其導電性造成影響。陽極板在經(jīng)過陽極整形機組形之后，在電解槽里面不一定能夠百分百垂直懸掛，所以，需要安排裝槽工要對每一個入槽的陽極板進行照缸工作，如果有陽極板懸掛不垂直的情況發(fā)生，必須墊入φ3mm 的銅絲使其保持垂直，在確認陽極板垂直之后才可以將其吊入陰極板，與此同時，裝槽工還要對陰極板進行照缸，要保證陰極板處于兩塊陽極板正中間的位置，避免因陰陽極板距離較近導致粒子增長產生短路現(xiàn)象，這對殘極率的降低有一定的促進作用。

2 降低殘極率的主要措施

2.1 降低陽極單重

就目前而言，國內的冶煉廠具有傳統(tǒng)電解技術和ISA電解技術這兩套電解系統(tǒng)，現(xiàn)行的電解中，通用的陽極是陽極銅，也就是說，陽極銅在傳統(tǒng)電解法和ISA電解法中都可以用。但是，在行車調運陽極的方式上，傳統(tǒng)電解法和ISA電解法存在很大差異。傳統(tǒng)的電解法行車調運陽極是勾陽極外側的耳朵，而ISA法則是勾陽極內側的耳朵。理論計算結果表明，可以通過減少陽極單重的方法來降低殘極率，但這一計算結果是在保證殘極不斷裂的基礎上才成立的，如果陽極重量減少，陽極的厚度也會變薄，到電解后期的時候，很可能會使殘極斷裂。冶煉廠是對陽極尺寸的創(chuàng)新設計，通過改變陽極耳朵部位的尺寸，使耳朵部位的厚度減小，從而促使陽極重量的降低，而陽極板面保持原有的厚度，這樣在電解后期就不會出現(xiàn)殘極斷裂的情況。

通過對當前設備、冶煉工藝條件的改造，來減小陽極耳部的厚度，改造陽極剛模耳部，減小剛模耳部的厚度，對傳統(tǒng)法的陽極進行創(chuàng)新小合集，由于車調運的是外耳，在傳統(tǒng)的冶煉法中，內耳不但沒有用處，反而會使陽極和殘極的重量有所增加，所以，傳統(tǒng)法中去除內耳，將耳部的厚度降低。相關研究理論表明，在改模過程中，所生產出的兩種陽極經(jīng)過反復的電解實驗，對陽極耳朵在叉運、吊裝、承重等方面影響生產的情況進行仔細觀察，并且還要經(jīng)過五個月的試生產，在不斷實驗和改進中，得出陽極剛模耳朵的厚度從之前的58毫米減少到55毫米，其單重降至387kg。

2.2 提高陽極銅物理合格率

從長期的實踐操作中可以知道，在銅電解過程中會受到陽極銅物理規(guī)格的影響。在陽極表面會偶飛邊毛刺、厚度不均勻等情況，很容易導致電解過程中陽極短路，陽極耳部偏薄會使陽極的中心偏離，導致不垂直，造成陽極底部的間距過小而產生的短路現(xiàn)象。在冶煉過程中，對于陽極物理規(guī)格，有著非常嚴格的標準，在陽極單重、外形尺寸等方面都有明確的規(guī)定。因此，應該對陽極的澆鑄過程中盡心嚴格的控制，在精煉工藝上進行創(chuàng)新，通過澆鑄技術的改進促使陽極物力規(guī)格合格率的提高，為電解提供原料保障。

在電解槽面作業(yè)時間方面，也要做到均勻分配，首先，應該根據(jù)出槽殘極重量和電流對通電時間進行大概的計算，并以此計算作業(yè)的時間。在調查過程中發(fā)現(xiàn)，在實際操作中，作業(yè)時間和理論作業(yè)時間是由很大差異的。所以，工廠有計劃的將較短的槽組作業(yè)時間有計劃的延長，延遲通電時間。實時跟蹤作業(yè)時間較長的槽組，從而得出，設備故障是影響作業(yè)時間的關鍵因素。冶煉廠在對電解作業(yè)量較少的電解作用進行安排是，應該檢修機組、行車等設備，并對其進行檢修，這樣可以極大的減少設備出現(xiàn)故障，能夠保證槽面作業(yè)時間的穩(wěn)定。

對裝槽作業(yè)時間、電流強度、陽極周期、陽極單重等參數(shù)與殘極之間的關系進行計算，再根據(jù)出槽時殘極的溶解情況來進行電流強度的適當調整，以免在陽極周期后期殘極掉進電解槽，對生產操作造成不利的影響。與此同時，還要保證裝槽與處理短路的質量，以提高陽極物力規(guī)格為前提，均勻分布陽極間距，對短路處理作業(yè)計劃進行重新編制安排，單獨登記的短路多的槽組，同時還要將有關槽組處理之間作業(yè)間隔的時間盡量縮短，以免出現(xiàn)由于裝槽作業(yè)陽極間距不均勻或處理短路作業(yè)不完善影響殘極重量。

在電解生產實踐過程中，要對每個時段的電解液液位的控制都要合理，這樣才能夠促使殘極率和殘極斷耳出現(xiàn)頻率降低，然而，在前期，在降低陽極單重和提高物理合格率的生產中充分說明，提放液位的方式能夠在很大程度上減少殘極斷耳現(xiàn)象的出現(xiàn)。在陽極電解的前期，應采取提放液位措施，并使用高液位，才能使高液位陽極得到充分溶解；在后期，要采用低液位，充分溶解低液位陽極，促使液下殘極重量減小，促使橫梁負重降低，從而避免殘極斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結論

通過以上研究表明，在銅電解過程中，對陽極板的重量進行合理控制、嚴格按照規(guī)定設計陽極板的物理規(guī)格、保證陽極整形銑削效果、嚴格控制裝槽質量、加強對槽面的管理、根據(jù)需要延長電解的通電時間等方法，都能夠在一定程度上使殘極率得到有效降低，減少熔煉廠殘陽極轉爐重熔，為公司節(jié)約噸銅加工的成本，此外，還能降低熔煉廠重復粗煉產生的銅回收率損失，幫助公司獲取更多的經(jīng)濟效益。