降低铜电解精炼添加剂使用量的生产实践

董 博， 曹昌盛， 邓 冲



降低铜电解精炼添加剂使用量的生产实践

董 博， 曹昌盛， 邓 冲

明胶、硫脲作为主要的添加剂，在铜电解精炼中具有不可替代的作用，两者在温度较高的酸性电解液中分解消耗较快，尤其是明胶，当冲胶温度过高或者钛板换热器加温过快，都会使明胶的分解速度加快。生产实践中，采用在高位槽加胶，调整电解液循环量、过滤量、净化量等措施，吨铜明胶消耗量由180 g下降到45 g，硫脲消耗量由90 g下降到30 g，吨铜直流电单耗降至285 kW·h以下。

铜； 电解精炼； 添加剂； 明胶； 硫脲； 使用量； A级铜； 电耗

0 引言

在铜电解精炼过程中，为了提高阴极铜的质量，得到化学成分合格、板面光滑的阴极铜，一般都要加入添加剂。目前常用的铜电解添加剂有明胶、硫脲、干络素、阿维通。其中明胶、硫脲作为主要的添加剂，在铜电解精炼中具有不可替代的作用，加入量适当时，阴极铜表面光滑、致密，呈现玫瑰红金属光泽，敲击时声响如钢且柔；加胶量过低时，阴极铜质软而脆、哑响，结构疏松、结晶粗糙，较易为空气氧化；加胶量过多时，阴极整个表面吸附着大量的胶质，不仅产生电铜分层现象，另外，胶抑制阴极表面形成尖端或棱角的能力相对被削弱，重新出现阴极铜表面长粒子的现象[1-2]。而且胶量过大，电解液变粘，增大电解液电阻，进而增大槽电压，导致电耗增加。

作为一种大分子量的有机物，明胶一方面可以增加电化学极化，改善阴极铜板面，另一方面可以通过絮凝沉降电解液中的悬浮物；而硫脲因为含S量较高，可以与铜离子结合，起细化结晶的作用。明胶、硫脲在温度较高的酸性电解液中分解消耗较快，尤其是明胶，当冲胶温度过高或通过钛板换热器加温过快，明胶分解速度加快，一方面明胶还未进入电解槽内就已经分解，导致实际消耗量增加；另一方面，起絮凝作用的明胶没有及时有效地被过滤掉便发生分解，杂质重新释放，功效降低[3-4]。

大冶有色金属集团控股有限公司冶炼厂电解一车间采用传统的始极片生产工艺，一方面制作高位槽加胶平台，在高位槽加胶，以改变添加剂的加入方式；另一方面通过规范流量控制、电解液过滤、电解液净化量等，加强工艺控制[5-6]，吨铜明胶消耗量由180 g下降到了45 g，硫脲消耗量由90 g下降到了30 g，极大地改善了阴极铜生产工艺环境，A级铜产出率平稳保持在99%以上，在电流密度265～275 A/m2条件下，吨铜直流电单耗由300～310 kW·h下降到285 kW·h以下。

1 采取的措施

1.1 改造加胶系统

图1为老式低位槽加胶系统，主回流管中的电解液冲击叶轮，叶轮旋转通过轴带动提液罐旋转，提液罐一端封闭，一端开口，加胶槽内的添加剂被提升至受胶槽内，进而进入导流槽，随电解液一起进入低位槽，完成添加剂的低位槽加入过程。低位槽加胶的优点是调整好提流罐的大小，可以实现添加剂的稳定均匀加入。

图1 低位槽加胶系统

图2为改造后的高位槽加胶系统，其结构相比低位槽加胶系统简单，直接通过计量注射泵将加胶槽内的添加剂提升到高位槽内。其优点是缩短了添加剂加入路径，由原有的加胶槽→低位槽→循环槽→钛板换热器→高位槽，改为加胶槽→高位槽，一步完成，减少了添加剂在转移过程中的损失。

图2 高位槽加胶系统

1.2 调整生产工艺

添加剂加入量根据阳极板主品位及杂质含量及时调整。铜品位高时，采用低胶量运行；铜品位低时，适当加大添加剂的使用量。严格执行“先泡后冲”的溶解模式，冲胶时严禁过热，温度控制在90 ℃以内，并搅拌。调整好注塞泵的功率，保证当天添加剂在7：00加入，19：00加完。

维持电解液流量稳定、均匀，单槽流量控制在20～30 L/min，当铜品位高于99.5%或低于98.8%时，采用高流量控制；当铜品位在98.8%～99.5%时，可适当降低电解液流量。实时关注高、低位槽液位、循环泵功率、电解液流量，保证添加剂稳定、均匀、连续地进入到每个电解槽内。

采用板框和larox过滤机对电解液进行过滤，过滤量保证在150～220 m3/h以内，低于此范围及时更换过滤布。每天对电解液中的Cu、H2SO4,Cl、Ni进行化验，每星期进行一次全分析，包括As、Sb、Pb、Zn、Fe、Cd、Bi等其它杂质，根据化验结果合理安排一段电积脱铜、二段脱铜脱杂、硫酸铜、硫酸镍系统处理量，保证生产系统电解液的纯净度。

2 实施效果

2.1 添加剂使用量下降

2011年～2014年添加剂消耗见表1、图3。

从表1、图3可以看出，2011年～2014年添加剂的消耗量呈下降趋势，吨铜明胶消耗量平均值从最高时194.95 g下降到了55.39 g，硫脲按明胶的约1/2控制，吨铜硫脲消耗量平均值由最高时的97.48 g下降到了30.00 g，降幅约70%。

表1 2011年～2014年添加剂消耗统计表

图3 历年明胶消耗走势图

从2012年7月开始，添加剂的加入方式由低位槽加入改为高位槽加入，吨铜明胶、硫脲消耗量平均值分别从194.95 g、97.48 g下降到了137.52 g、68.76 g，最终稳定在93 g左右，降幅明显。主要原因是缩短了添加剂加入路径，由原有的加胶槽→低位槽→循环槽→钛板换热器→高位槽，改为加胶槽→高位槽，一步完成，减少了添加剂在输送过程中的损失，尤其是通过钛板换热器时，操作控制不当蒸汽温度很容易达到150 ℃以上，造成明胶、硫脲分解，功效降低；其次是对工艺进行了调整，尤其是根据电解液的分析结果，准确控制电解液的过滤量和净化量，降低了添加剂絮凝作用消耗量。

2013年至2014年，添加剂的平均使用量下降了约40%，主要原因是再生阳极板量增加，2014年6月，再生阳极板的使用量已经接近100%，该厂矿铜阳极板铜品位平均值约在99.15%，而外购的再生阳极板铜品位平均值超过了99.50%，最高时已达到99.75%，为进一步降低添加剂的使用量提供了条件。

2.2 A级铜产出率提高

A级铜也称高纯阴极铜、升水铜，其产出率是衡量电解系统生产管理水平的重要指标之一。从表2历年A级铜产出率统计表可以看出，A级铜平均产出率呈逐渐上升趋势。尤其是2012年7月之后，上升幅度较大，2014年已达到99.15%。其主要原因是添加剂使用量降低之后，电解液粘度降低，从而密度降低，有利于贵金属和其它杂质的沉降，降低了非铜粒子在阴极铜表面粘附几率，阴极铜的外观和内在化学品质都有所提高。

表2 2011年～2014年A级铜产出率统计表 %

2.3 直流电单耗降低

不考虑线损和接触电压降，理论上吨铜直流电单耗计算公式为：

W=1 000V/1.185 2×η

(1)

其中：W为吨铜直流电单耗，V为单槽槽电压，η为电流效率。

而在实际生产中，一般采用下式计算直流电单耗：

W=直流总电量/标准阴极铜量

(2)

降低添加剂的使用量后，A级铜产出率提高，非标铜的产出率大大降低，阴极铜的的质量得到了保证。电流效率的高低直接影响阴极铜的产量，理论上有阴极铜返溶、副化学反应、短路、漏电4个因素，实际操作中主要是短路率。该厂短路率一直控制在1%以内，电流效率在97%左右。因此降低吨铜直流电单耗最终是降低单槽槽电压，阴阳级采用10%～20%的稀硫酸清洗之后，槽电压的高低主要取决于电解液中阴阳极之间的电阻，降低添加剂的使用量之后，电解液密度下降，电阻降低，相同电流密度下槽电压下降。

表3为2011～2014年直流电单耗统计表。从表3可以看出，电流密度在265～275 A/m2范围内，吨铜直流电单耗逐年下降，平均值由2011年的315 kW·h降低到了2014年的285 kW·h。

表3 2011年～2014年直流电单耗统计表

3 结语

针对添加剂在温度较高的酸性电解液中分解较快，添加剂使用量大会增加电解液的粘度，增加直流电单耗的问题，通过将添加剂的加入方式改为高位槽加胶，调整电解液循环量、过滤量、净化量等工艺参数，降低了电解液黏度，改善了阴极铜生产环境，提高A级铜产出率，极大地降低了添加剂的使用量和直流电单耗。

[1] 朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2003.

[2] 赵天从.重金属冶金学( 上册) [M].北京：冶金工业出版社，1981.

[3] 王胜林.铜电解添加剂的遴选及优化研究[D].昆明：昆明理工大学材冶学院冶金系，2003.

[4] 夏纪鼎，倪永全.表面活性剂和洗涤剂化学与工艺学[J].北京；中国轻工业出版社，1997.

[5] 姚素平.诱导法脱砷技术在铜电解液净化系统中的应用[J].有色金属( 冶炼部分)，1996， (1):11-16.

[6] 吴继烈.高杂质铜电解净液方案探讨[J].有色冶炼，1994 ，(4) :1-6.

(大冶有色金属集团控股有限公司， 中国 黄石 435005)

Practice of reducing additive dosage of copper electro-refining

DONG Bo, CAO Chang-sheng, DENG Chong

Gelatin and thiourea as the main additives have an irreplaceable role in copper electro-refining, both decomposition and consumption is faster in the higher temperature acidic electrolyte, especially the gelatin, when through washing temperature is too high or the titanium plate exchanger heating too fast, the decomposition rate of gelatin could be increased. After adopting measures in production like adding gelatin in the high tank, adjusting the amount of electrolyte circulation, filtration, purification, etc., gelatin consumption reduced from 180 g/t.Cu to 45 g/t.Cu, and thiourea from 90 g/t.Cu to 30 g/t.Cu respectively, direct current consumption reduced to under 285 kW·h/t.Cu.

copper; electro-refining; additive; gelatin; thiourea; dosage; A grade copper; electricity consumption

董 博(1982—)，男，湖北黄石人，2005年毕业于江西理工大学，现任车间工艺主任，冶金工程师。

2014-- 11-- 06

TF811

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1672-- 6103(2015)05-- 0022-- 03