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浅谈电解液对阴极铜质量的影响

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：马旭

[导读] 摘要：在很多铜业公司高镍铜的电解生产运行中，存在着阴极铜外观、质量等技术指标难以稳定控制等生产难题，导致企业生产运行效率和效益都受到了很大影响。

        青海铜业有限责任公司 810000
        摘要：在很多铜业公司高镍铜的电解生产运行中，存在着阴极铜外观、质量等技术指标难以稳定控制等生产难题，导致企业生产运行效率和效益都受到了很大影响。因此对影响阴极铜质量的主要因素进行深入研究，是一项具有很好应用价值的课题。本文首先对影响阴极铜质量的因素进行分析，找到了电解液这一造成质量波动的关键因素，分析了不良电解液对阴极铜质量带来的主要影响表现，并结合生产实际提出了不断优化改进电解液的应对措施建议。
        关键词：电解液纯度阴极铜质量
        进入新世纪以来，在工业技术水平不断发展的背景下，国家对阴极铜质量也提出了更高的要求和标准。再2010年国家出台的阴极铜质量标准中，对铜表面质量提出了统一要求，修改了1号标准铜的杂质含量，增强了2号标准铜的指标，这些都说明在高纯阴极铜的生产中，必须通过不断提高工艺技术水平，进行更加精细的参数指标控制，才能提高阴极铜的生产合格率。
        1电解液分析
        1.1 主要成分
        铜电解产品的生产过程中，电解液的成分主要和企业生产中的阳极成分、电流密度等电解技术条件相关。如果是对阳极高镍铜成分进行电解，就会产生不容易在阴极放电下析出的问题，导致电解液中的硫酸铜溶解度降低，电解液的电阻、密度和粘度的不断增加，将更加不利于阳极泥发生沉降和铜离子产生迁移。通常生产中阳极上有近六成的镍原水进入到阳极泥中，导致阳极泥产生污染，并让生产的电解铜的镍、硅成分含量偏高。在电解过程中，镍的溶解还和阳极含氧量有很大关系，阳极板上的氧一般都是以稳定的镍云母、氧化镍等化合物形态存在。因为镍云母和氧化镍不能溶解于硫酸，因此会直接脱落后进入阳极泥，进一步增加阳极泥中的镍的含量水平。如果采用火法对含镍高的粗铜进行精炼处理，因为铜液粘度过高，很难得到外观平整度很好的阳极板。在阳极电解液中如果不溶性杂质含量过高，不仅会让阳极溶解出现不均匀的问题，还会导致电解液中的悬浮物过多，降低阴极铜的质量。在阳极出现高镍含量时，生成的氧化亚镍结构会对阳极泥外壳进行紧密性的包裹，出现阳极钝化现象，降低电解电流的工作效率。在电解液工作中，阳极产生的附着性杂质会造成向阴极扩散更加困难，电解液浓度的极差引起了槽电压的升高。
        1.2主要添加剂
        在阴极铜的电解中，要生产外观平整致密的高质量产品，必须采用各种添加剂来发挥辅助生产功能。添加剂的种类、数量和配方，对最终的阴极铜质量有着关键性的影响。目前国内通常会使用盐酸、干酪素、胶、硫脲、阿维同-A等添加剂进行生产。经过大量实践证明干酪素在电解生产中的作用不显著，已经不再使用。而胶类添加剂，因为分子量大小容易控制，因此很多企业主要是采用不同配方的胶类添加剂。通常在添加胶类和硫脲添加剂时，国内外企业的使用方案不太相同，但普遍认为如果阳极质量不好，就需要加入更大计量的胶和硫脲添加剂，以增强阴极铜沉淀物表面的光滑和致密感。
        2影响阴极铜质量的因素分析
        2.1电解液成分带来的影响
        不同厂家在阴极铜生产中的电解液成分都有一些差异，这是因为铜离子和硫酸浓度上存在不同，而且阳极板上的镍、砷、锑等杂质成分含量也不相同，如果操作不合适，就会让杂质在阴极电结晶中析出，影响阴极铜的质量。因此不同的杂质元素含量都要进行严格管控。镍元素虽然不在阴极电解结晶中析出，但是会在阳极溶解时累积在电解液里，从而产生阳极钝化、电解液悬浮物增加、漂浮阳极泥过多的问题，还会减低铜离子和硫酸的溶解度。
        2.2电解液温度带来的影响
        如果镍元素含量过高，镍离子就会因为在电解液累积过多，引起电解液的电阻和粘度增加，降低离子的移动速率，黏着在阳极板上产生阳极钝化，影响阳极泥进行沉降。虽然通过电解液的增温，能降低电解液粘度，减少电解液电压，但是过高的电解液温度，会加速硫脲等添加剂的分解，影响阴极铜的结晶质量。在铜电解生产过程中，因为技术原因会产生系统不同位置的电解液温度不一样的情况，电解槽的温度会在电流焦耳效应作用下越来越高。因此需要精准控制电解槽中电解液的工作稳定，通过对电解液的变化规律、电解槽结构进行分析后发现，电解液分液缸的温度要始终低于理论设计温度4度左右进行准确控制，才能有效保证阴极铜的质量。

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        2.3电解液添加剂带来的影响
        目前使用的添加剂中，动物胶类添加剂和硫脲是最常用、应用最多的类型。添加剂主要是依据表面活性物质的特点，来降低电解液面的张力，从而帮助电解液中的阳极泥沉降效果更好，悬浮物更容易进行沉降；添加剂的化学反应，还能形成阴极结晶面上的有机膜，从而降低铜离子的放电速率，也就是通过减少阴极极化值量实现阴极铜的结晶表面光滑细致。但是也要看到过多或者过少添加剂使用的弊端，会导致结晶表面过于粗糙，出现粗大的条纹、瘤子等问题。
        2.4其他因素带来的影响
        过去电解槽的电解液进液主要是上进下出的方式，这样便于阳极泥的沉降，但是会出现显著的铜离子偏析问题，阳极浓度差会出现极值情况。因此目前企业主要采用的是改良版的下进上出的进液方法，这样能有效减少浓度极化的同时，保证阳极泥的沉降。电解液循环速率和电流密度的线性稳定关系，有助于稳定生产工艺，促进阴极铜质量的提高。
        3改善电解液对阴极铜质量的对策建议
        3.1优化电解液槽结构
        电解槽因上液管线密封不严导致空气进入电解液，是造成电解液浑浊的主要原因。为此可以将电解槽设计为高低槽结构，分为进液池和出液池，加设沉泥隔板和空气导流板；同时对电解槽进行封闭处理，安装负压风机从而使电解槽工作中处于负压状态，避免电解液中存在含气液体，促进电解液的顺畅流动。
        3.2优化电解液的成分
        优化调整电解液的成分时，要有效控制电解液铜离子的稳定浓度，这样能避免电解液出现浓差极化，不出现电化析出、电化贫化的问题。电解液的比重要控制在一定范围内，从而有效提高电解液纯净度。要增强电解液的杂质过滤功能，减少电解液中杂质的数量和种类。要控制电解液中氯离子的浓度，特别是针对电解液中存在As、Sb、Bi等杂质且含量较高时，特别要稳定氯离子在一定较高含量区间，从而促进杂质产生聚合沉淀，减少阳极泥的漂浮量，让电解液更加纯净，促进提高阴极铜的质量。
        3.3优化电解液添加剂
        在电解液添加剂的使用中，要改变目前很多厂家使用骨胶数量较大的情况，避免过多的骨胶沉淀于电解槽底部，或者胶质的相关成分滞留正在电解液中，造成电解液浑浊、过于黏稠，增加电解生产成本。可以采用明胶来替代骨胶的使用，这样不仅能减少胶类添加剂的使用量，也和减少硫脲的使用量。有效控制优化电解液添加剂的种类和总量，将更加利于阳极泥的沉降，促进阴极铜的生产质量和生产效率。
        3.4增加电解液过滤量
        目前电解液中为减少悬浮物的数量是采用压滤机来实现。通过提高电解液的过滤量能有效保证电解液的纯净度，提高阴极铜的产品质量。通常电解液系统中采用的压滤机能实现对电解液总量30%左右的液体进行循环过滤。在增加电解液过滤量中，可以将电解液的回液也重新输入到阳极泥池中，这样能增加电解液经过压滤机后进入电解液循环的数量，从而更好地提高电解液的质量，保证阴极铜的生产质量。
        电解液是阴极铜生产的重要基础，要保证阴极铜的生产质量，必须重视电解液的纯净度，本文建议通过优化电解液槽结构、优化电解液的成分、优化电解液添加剂、增加电解液过滤量等措施，尽可能解决电解液对阴极铜生产带来的影响，保证电解液循环系统的稳定可靠，攻克阴极铜外观、质量等技术指标难以稳定控制等生产难题，有效保证阴极铜的质量始终保持在较高水平，提升企业生产运行效率和效益，增强企业的市场竞争力。
        参考文献：
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