非标阳极板直接电解生产实践

项 超，程贵桃

（江西铜业（清远）有限公司，广东 清远 511545）

江西铜业（清远）有限公司是以废杂铜为原料生产阴极铜的生产企业，年产阴极铜10万吨，设计原料品位为94%的紫杂铜，电解工序采用大极板长周期生产。近几年，受市场和各种因素影响，废杂铜冶炼市场加工费倒挂，投产以来一直处于亏损状态。为彻底扭转亏损局面，公司一方面加大低品位高附加值原料的采购量，一方面外购一批阳极板以弥补阳极板自给缺口以确保阴极铜产量。

1 参数对比

经过充分的市场调研，公司找到一批进口粗铜，其外观类似自产阳极板，主品位在98.5%～99.2%，含镍0.3%～0.4%，含砷则只有0.01%，其他杂质与自产阳极板相当，我们称之为非标阳极板。参数对比如表1。

表1 自产阳极板和非标阳极板对比

由于非标阳极板外观类似自产阳极板，但采购价格却以粗铜计，如能实现直接装槽批量生产，将带来非常可观的收益。通过小规模人工装槽试验，经过一个全周期精心维护，产出的阴极铜达A级铜标准比例的有85%以上，具有较大的经济可行性。但要实现直接装槽量产，必须依靠自动化。

2 批量生产实践

2.1 生产工艺参数

我厂阴极铜的生产采用的是传统电解生产工艺，共有456个生产电解槽，每槽47块阳极，48块阴极，同极距105mm，阴极周期12天，阳极周期24天，电流密度250A/㎡，整个生产系统共用一套整流器，电解液采用下进上出方式，净液系统配有一个三系列脱铜脱杂系统和一套三罐硫酸镍生产系统。加工机组有阳极加工机组、阴极加工机组、阴极铜加工机组、残极机组及导电棒输送机组，自动化程度较高，适合批量自动化生产[1]。

2.2 非标阳极板批量加工生产实践

由于非标阳极板耳部较高，无法直接通过阳极加工机组，通过用一木板仿制非标阳极板尺寸，通过模拟加工实验，经过一系列加工机组和PLC控制程序的改进，使非标阳极板批量进入阳极加工机组，顺利实现机组自动排距，为批量生产打下基础。

2.3 非标阳极板电解行为分析

（1）物理特性分析。非标阳极板板面比自产阳极板厚度多出15mm左右，导致电解时同极距仅有90mm，更易形成短路；耳部相比偏厚20mm，普通行车吊钩难以起吊，短路难处理。经对比，非标阳极板耳部重量是自产阳极板的3倍以上[2]。

（2）杂质行为分析。对比非标阳极板化学成分，其与自产阳极板最大区别在于含镍较高，含砷过低。镍的标准电极电位是-0.25V，而铜的标准电极电位为+0.34V，两者电位相差极大，故在电解过程中，镍主要以Ni2+形式溶于电解液中，而极小部分部分镍则与粗铜中的氧结合生成NiO，NiO不溶于电解液，在阴极表面生成一层致密的片状粒子，造成阳极“钝化”，使阳极电位、槽电压升高，降低电流效率。还有更小部分镍与粗铜中的砷、锑结合生成溶解于铜中的镍云母（（6Cu2O·8NiO·2As2O3、6Cu2O·8NiO·2Sb2O3）），它同样在阳极上生成一层致密的但导电性差的薄膜，导致阳极“钝化”和槽电压升高。但镍属于价值较高的金属，可回收以提升经济效益[3]。

在铜阳极电解过程中，砷的标准电位仅次于铜，然而在通常的铜电解精炼条件下，不会在阴极上电化学析出。只有在当电流密度大于300A/m2，铜离子浓度降低和电解液循环不良时，才有可能发生，影响阴极铜纯度。

但同时更多的研究表明，砷在铜电解过程中是有益的。尤其对锑、铋引起的有关问题，砷可起到缓解作用。大多数冶炼厂保持阳极板内As/（Sb+Bi）比大于2。低As/（Sb+Bi）比对阳极板电解的影响如下：①浮泥增加、阴极顶部结瘤，阴极表面质量下降、循环缩短、电流效率降低；②阳极泥更薄、更密、裂纹少，更有韧性，在清洗过程中更易粘附、阳极钝化、气体挥发更明显。

2.4 非标阳极板直接电解攻关措施

针对上述分析，通过采取以下措施，使非标阳极板电解产出的阴极铜全部达到了A级铜标准，电流效率也接近自产阳极板。

①进一步改造阳极加工机组，使其实现普通排距和中间间隔一块排距两种模式，将非标阳极板与自产阳极板1∶1交叉混装排距入槽，加大了同极距，解决了行车起吊阳极困难问题，同时使混装槽组的阳极中As/（Sb+Bi）比≮2。②调整阴极周期至10天，阳极周期20天，同时将自产阳极板单重下调，使其板面重量与非标阳极板的一致（除耳部），实现重量匹配。③改进行车阴极吊钩，将阴极吊钩间距加大6mm，解决阴极吊钩无法直接起吊阴极问题；研制旋转短路处理器，提高处理短路效率。④控制非标阳极板与自产阳极装槽比例在0.2左右，以控制镍在电解液中的浓度。⑤适当加大电解液循环量，提高电解液悬浮杂质的处理速率；加大电解液净化量，控制电解液铜浓度在40g/L-42g/L，加大电解液脱镍能力，使电解液镍浓度控制在30g/L以下。⑥严格控制电解液温度在60℃左右，电流密度控制在250A/㎡，适当增加盐酸，减少骨胶使用量，以利于杂质沉淀。

通过上述改进措施，起得了极大的效果，相比整槽全装非标阳极板，作业率提高了5个百分点，电流效率翻番，接近自产阳极板，去除耳部因素影响，残极率仅略高于自产阳极板，实现了非标阳极板电解生产效率最大化。该生产方式属国内首创，通过成功攻关，实现批量生产，成功地抓住了该进口粗铜（非标阳极板）的采购话语权。

3 生产效益分析

通过等比混装非标阳极板直接电解，2016年全年实现批量电解1.75万吨非标阳极板，产出的阴极铜99%以上达到A级铜标准，全部改造投入仅20万元不到，产生直接经济效益600余万元，全年增加硫酸镍产量350吨。

非标阳极板的直接电解成功，是我厂实现经济冶炼的一大重要举措，为我厂实现盈利发挥了重要的作用。

4 结语

①高镍低砷的非标阳极板只要技术条件控制得当，完全可以产出合格的A级铜。②加大电解液循环量，提高电解液提取硫酸镍能力，对净化电解液很重要。③控制略低的电解液含铜量有助于非标阳极板电解时Cu2+的析出。