铜电解工艺及生产实践

马玉峰

青海铜业有限责任公司810016

摘要：阴极铜是通过使用传统的始极片电解法生产出来的，在阳极板愈渐复杂、电流密度逐渐升高以及阴极铜质量标准提升的情况下，在提升阴极铜质量、降低整体制造成本等方面，优化铜电解生产过程和工艺控制发挥了非常重要的促进作用。本篇文章主要分析了As、Sb、Bi等杂质在铜电解过程中所呈现出来的行为了影响，并对铜电解工艺控制的生产实践进行介绍。

关键词：铜电解；工艺；生产时间

1电解液成分对铜电解的影响

1.1杂质的形态和行为

铜电解精心提炼的阳极板属于一种包含很多种元素在内的合金材料，阳极板中含有的杂质在电解过程中通过不同的形态在电解液中存在。阳极板杂质在电解过程中表现出来的行为由阳极板各种杂质的存在形态所决定，并且对铜电解生产过程中使用的工艺控制产生影响。

因为全部阴阳极行为在点解过程中都是将电解液作为中间介质来进行生产和完成的，而硒、镍等杂质在正常条件下进入阴极方式不可能是电化学沉积方式。由于As、Sb、Bi的电位相对来说和铜比较接近，因此它们在电解过程中不仅能和阳极中的铜共同溶解，还能在阴极上和铜离子一起析出，其产生出来的“漂浮阳极泥”机械还非常容易和阴极吸附在一起，从而就会导致阴极铜质量大大降低。所以，控制电解液中的关键所在就是悬浮物，研究铜电解液净化的重要意义就是脱离As、Sb、Bi等杂质。

1.2As、Sb、Bi对铜电解产生的作用

As、Sb、Bi在进入电解液之后所形成的漂浮阳极泥、离子形态对阴极铜造成影响的主要有两种形式，一种就是所形成的漂浮阳极泥，还有一种就是在铜电解液中以离子形态存在，并且还会通过不断地大量聚集影响铜电解。漂浮阳极泥溶解度非常小，其占比重也非常轻，在电解液中非常容易处于悬浮状态，表面上活性比较大的漂浮阳极泥很容易依附在阴极铜上，从而对电结晶成核过程造成影响，并影响着阴极铜的质量。另外，铜电解在精炼过程中，阴极铜沉积反应的交换电流密度、极限电流密度、伏安峰电流密度会受到电解液中As、Sb、Bi等离子的作用而降低，峰电势发生负移，阴极铜沉积反应就会起到极化作用。国际上很多学者对铜电解过程中的杂质及类型的影响因素进行了广泛研究：

第一类：Zn、Fe、Ni、Pb、Sn等属于第一类杂质，其主要特征就是比铜电性负，以离子形式进入电解液（FeSO4、NiSO4和ZnSO4）或者是以硫酸盐沉淀等形式进入电解液是其主要存在方式；

第二类：Au、Ag和铂组金属属于第二类杂质，其主要特征就是比铜电性正，通过沉淀形式进入阳极泥或者是AgCL等是其主要存在形式；

第三类：O、S、Se、Te等化合物属于第三类杂质，不溶解是其主要特征，其主要存在形式就是可以直接进入包括Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te在内的阳极泥；

第四类：As、Sb、Bi属于第四类杂质，其电位和铜比较接近但是比铜负是其主要特性，其主要以阳极泥漂浮或者是进入电解液形式存在。

1.3控制As、Sb、Bi

As、Sb、Bi属于同一族元素，它们具备很多相同和相似的性质，其最大的区别就是在电解液中的溶解度和溶解率。在铜电解过程中As的溶解度比较大，Sb、Bi的溶解度相对来说比较小。因为在电解液中Sb、Bi的溶解度比较小，所以在使用电机法脱离As过程中就会将Sb、Bi两种元素脱除，过滤量是根据LAROX过滤机每天的生产周期来进行科学合理的安排，以此来达到减少电解液中Sb、Bi的含量、保证高纯阴极铜质量的目的。

根据最近几年对现场生产数据的统计，对铜电解过程中主要元素的溶解率、极限浓度以及净化杂质的脱除率进行研究，详情见表1.

表1铜电解过程中主要元素的溶解率、极限浓度以及净化杂质的脱除率

目前，电解净化脱铜脱杂主要是通过使用诱导法来完成，系统进行一段脱铜之后在进入二段脱铜脱杂，由于考虑到脱除As、Sb、Bi后仍有富余量，因此在日脱除As、Sb、Bi过程中需要抽取废电解液量按照每天62立方体积来对其进行诱导脱铜，硫酸镍是在二段脱铜之后的液体输送到硫酸镍厂房生产出来的，冷凝液和硫酸镍结晶母液通过真空蒸发产生之后最终返回电解厂房。

2优化实践

2.1提升电解液过滤质量

2.1.1提升钛板换热器清理频率

由于最近几年对阳极板进行大量使用和外购，电解系统杂质明显增加，钛板换热器原来每年清理4次，同时使用3台循环泵，就是为了保证槽面流量。现在，每年清理12次钛板换热器，开2台循环泵就能达到槽面流量满足标准，不仅每年能节省一百多万的巅峰，也可以降低电解液中的杂质。

2.1.2提升清理管道频率

以前基本上都是3年到5换换一次电解系统的主进液管、回流管、上精液管、阳极泥管等PVC管道，因此管道存在非常严重的污垢，槽面流量达不到标准，而且每年的检修费用就是一笔不小的开支。在将清理频率改为一年2次之后，在降低管道结垢的同时，不仅槽面流量达到标准还降低了检修费用。

2.1.3提升电解液过滤频率

电解液过滤模式在改造之前比较简单，地坑阳极泥采取吹风搅拌方式，含有阳极泥的电解液通过地坑泵和管道将其输送到板框过滤机进行过滤，然后在使用LAROX过滤机过滤一遍，最终返回循环槽。

电解液过滤在改造之后分为三段，将搅拌桨安装在地坑中，包含阳极泥的电解液通过转动搅拌桨传送到浓密机，在澄清之后按顺序经过1好板框过滤机、2号板框过滤机过滤，降滤液回流到循环槽，然后在公国LAROX过滤机过滤，最后回到循环槽。

地坑搅拌经改进之后由吹风改成了搅拌桨，厂房酸雾得到降低，地坑阳极泥搅拌更为彻底；电解液由二次过滤改为三次过滤，在点解液过滤质量得到提升的同时还减少了电解液中的漂浮物现象。

2.2均一化控制

通过最近几年对电解系统的不断摸索，其各项工艺参数都得到了很好的控制。但是在实际生产过程中，阴极铜质量经常会受到系统波动的影响，例如在添加剂的加入量、体积、槽温、铜、酸等产生的瞬间波动。再说生产过程中常常是控制其中的某些参与来保持系统稳定性能，而这些数据基本上都是经过比较简单的计算或者是局部抽样测量得出来的，并不能将生产过程中所出现的问题进行真实体现，任何一项工艺参数在实际生产过程中的某个时间段内的波动都会对系统产生一定的影响。

所以，采用均一化控制方法：系统每天进液量和出液量要根据实际生产情况来计算，并对其进行合理控制，使进出液尽量在一天之内完成匀称处理，这样不仅有利于系统对铜酸、添加剂、槽温等因素急性平衡，还能将阴极铜质量尽最大程度提升。

3结论

通过最近几年的努力，电解液根据生产需要得到了更加合理的净化，阴极铜的质量稳定性达到了98%以上，不仅提高了对铜电解生产的理论认识水平还提高了对生产实践的控制能力，并对电解槽工艺参数实行额均一化控制以及创新改进电解液净化方法，在使高纯阴极铜质量得到提升的同时还能降低生产投入资金，得到了非常明显的效果。

参考文献：

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