铜电解精炼中阴极铜结粒成因探讨

易淑芳，曹昌盛，刘宇峰，范 翔，马登峰，高玉利，刘建新

（大冶有色金属股份有限公司，湖北 黄石 435000）

大冶有色公司于2018 年大电流密度生产不锈阴极铜以来，阴极铜质量始终存有震荡，特别是近几年来，根据市场经济的打击，企业为了生存追寻利润最大化的生产需要，增大低铜低硫品位、含杂较高铜精矿及再生资源的解决，造成阴极铜长凸瘤、长粒子现象严重，物理外观不符合国家标准，乃至化学品质也出现了震荡。则结粒的阴极铜，在下游产业链当中存有加工性能比较差，严重限制企业的发展与生存。本文对阴极铜表层粒子的构成因素做出来探讨并且提出了相对应的防御出现结粒的对策。

1 铜电解精炼的技术原理

在铜业生产当中，对于阴极铜产成品的质量管控主要来自于管控阴极铜的晶核产生速度，使其可以被管控在适当阴极铜表层光滑结晶的生产环境上。当前，常见的铜电解精炼工艺主要是经过在电解液中混入一定比例的添加剂进而在铜电解精炼当中改变阴极电势，进而被管控阴极铜生产速度，确保光滑结晶的出现。然而，在实际情况的工业生产当中，铜电解精炼的生产流程中的每个程序发生问题，都会造成阴极铜局部或整体板面所需的加大极化的有效添加剂的缺少，晶核的成长状态从而产生变化，阴极铜表层产生结粒[1]。

造成阴极铜结粒的因素比较多，阴极板的质量、阴极片的质量、加工电流密度、加工技术管控以及电解液当中悬浮物的含量及添加剂的含量比例都会造成结粒的产生，不一样原因下出现的结粒在物化特点方面也会存有突出的差别，真正的加工产生过程当中能够按照结粒的状况辨别结粒产生的因素，采用具有针对性的生产管控对策确保铜电解精炼的效果。

2 铜电解精炼中阴极铜结粒的原因

2.1 阳极板质量

阳极板是阴极铜点解精炼加工流程中的重要原材料，阳极板的质量作为影响阴极铜结粒状况的重要原因，详细表现在以下几方面。首先，在阳极板的额物流外观方面，假如阳极板存有着表面毛刺比较多，板面厚度不是很平均的现象，那就会造成电解过程中出现阴阳两极距离的偏差比较大，电解电流的稳定性和分布特点比较不平均，进而使阴极铜表面部分区域结粒比较突出。其次，若阳极板的表层存有比较多的鼓泡时候，就会容易在电解过程中导致阳极板表层部分区域严重脱落，进而造成在点解溶液当中发生铜粉杂质影响阳极板的表层结晶现象。最后，还体现在阳极板在化学成分层面的表现，若阳极板当中的氧含量与镍杂质超高，那就会在点解过程中产生氧化镍，进而对阳极出现影响[2]。

2.2 阴极片质量

永久不锈阴极片（传统电解是始极片）的质量问题也作为铜电解精炼中阴极铜结粒的一个很重要的因素。不锈阴极使用时间过久半年变形严重及始极片（传统电解）自身的质量问题及加工研制参数管控的偏差都会造成阴极铜表层产生结粒。首先，阴极片产品自身存有明显的质量问题，在开展种板制作时未对始极片展开严格的管控，造成表层比较粗糙，这种粗糙程度比较大，晶核生长受到阻碍也会造成表层非正常的结粒产生。其次在铜电解精炼过程中的运行不正确，造成阴极片在加工过程时产生一定的弯曲、变形及垂直度比较差等相关问题，这一问题对阴极铜结粒的影响主要表现在，在变形的阴极片在通电之后，阴极片中形变比较严重的区域所经过的电流密度比较大，进而很容易造成部分的结晶。距离凸面的顶端越近，表面结晶就会严重，最后阴极片加工纹路比较深也会提高阴极铜表层结粒的几率。因此在铜电解精炼中以不对阴极铜的悬垂值与轻度出现影响为前提，要对压纹辊的缝隙展开严格的管控，另外在装槽的进程中为了减少阳极和凸纹面的距离过远要时刻展开人工调整，进而确定通电是电流密度的统一性，减少因为阴极铜质量问题造成的安全事故。

2.3 添加剂加入量与配比

2.3.1 明胶加入量不够

明胶加入量不足时，阴极表层的活性点不能完全得到控制，以活性点为核心的结晶体快速表成结粒，比较轻的时候单层大面积出现很多的结粒，严重的时候阴极铜的两面具有大面积的结粒。所以，对添加剂胶就要十分重视起来，要定期或不定期对其开展检查，经过看颜色与溶解之后的黏度，确保有效胶的增加量。

2.3.2 明胶加入量过多

添加明胶的作用是降低液体的表面张力，预防粒子核的构成物质在阴极板上的吸附，获取一个平滑的表层。但是添加过量有可能在电极表面构成特异的界面，被抑制粒子与针状的电沉积又复活，形成阴极铜表层双面结粒。此外电解液中增加许多的明胶，致使电解液的黏性增大，阳极泥粘附在阴极表面构成结粒。我国铜厂明胶的类型、管控的量及添加的位置都有很大差别，就需要经验选择合适自己的胶量范围。但不可以过多依靠明胶，造成过多的加入量[3]。

2.3.3 明胶与硫脲配比不合理的影响

阴极铜生产过程中，为了将结晶精细化，在电解液中适量加入添加剂硫脲，和明胶组成一定的配比，电解液表层张力减少，电极表层的活性核被束缚，进而制止结粒的出现。当这种硫脲的增加量不够时候，在阴极铜产生中期表层开始变得粗糙，严重时候表层造成密麻闪光的雏形多面体，所以要时刻增加硫脲的加入量，在一个周期之内就可以消除。

2.4 电解液中悬浮物含量超高

我国铜厂当前电解液的悬浮物含量都管控在小于等于十升没毫克，但是检测水平存有差别化，经验管控比较多。若悬浮物含量超越一定的范畴，将会加强阴极铜的结粒，所以电解液的过滤不可小觑[4]。

2.4.1 漂浮物杂质造成阴极铜结粒

阳极中的砷、锑、铋在电解过程当中失去电子之后进入电解液产生水解反应，砷、锑以亚砷酸根离子与压锑酸根离子状态存在，最后氧化为砷酸根离子与锑酸根离子，铋和砷、锑酸根离子融合成为很细的砷酸铋及锑酸铋的絮状物体，并且束缚其他物质漂浮在电解液当中，很容易被束缚到阴极表层形成晶核而结粒。

2.4.2 阳极泥吸附在阴极表层造成阴极铜结粒样

阳极生产进入到第二周期之后，阳极板上全覆盖着一层疏松的阳极泥，在始极片装槽的时候，很容易碰到阳极而黏上阳极泥，或黏贴阳极上的阳极泥在干装的时候自然脱落粘附到阴极上，通电之后就会形成结晶的中心而迅速结粒。阳极泥结粒大部分都产生在阴极的下半部分中，尤其是下部的两个角落。所以装槽时就要预防始极片碰到阳极板，不让阳极泥粘到阴极上面；此外，能够合理的在阳极板还原过程中管控提升阳极泥的配比。

2.4.3 阳极上粘附的氧化铜粉造成阴极铜结粒

阳极在浇铸的过程中时，液态铜和空气中的氧气发生反应，阳极表面被氧化成氧化铜或者氧化亚铜，装槽之后和电解液当中的硫酸发生反应形成铜粉。若铜粉未全部沉降前通电，就会漂浮到阴极表层成为结晶的中心，最后成为开花形状的粒子，并且和板面的接触面小，很容易被击落。所以要增强阳极泡洗，特别的原因就要合适的管控通电时间，使得电解循环系统一个小时之后继续通电。

2.4.4 脱模剂硫酸钡造成阴极铜结粒

阳极在浇铸操作中掺杂在表层的脱模剂硫酸钡，随着阳极溶解脱落进到电解液中，因为其密度较小、沉降艰难，和漂移阳极泥类似悬浮在电解液当中，随着电解液的循环吸附到阴极表层形成晶核而结粒。漂浮物粒子很大部分产生在电铜的上半部分，严重时候在电铜的上沿长成帘状结晶。所以要增强阳极板浇铸的管控，使阳极板中浇铸料的掺杂量较少。就要在电解过程中合适的提升电解液温度与减少铜离子浓度来使电解液的黏度与密度，或者往电解液当中加上絮凝剂干酪素，使得沉降速度提升，降低被粘附到阴极表层的几率。

2.5 运行管理问题

铜电解在生产过程中，永久不锈阴极使用过久变形严重、始极片的生产加工、阴阳极装槽质量水平、电解液循环量以及温度管控等每项流程的操作管理都会导致阴极铜的最后质量出现影响。特别是阳极板的物理缺陷以及阴阳极装槽之后形成的极具不均匀及不对称的问题，会导致阴阳极电力线分布不均衡，部分电流密度超高，引起阴极铜表面节流或者长很多不相同结晶，特别是在阴极边缘情况比较严严重，表现出“边缘效应”。

3 阴极铜表层结粒的控制对策

为了更加有效的处理阴极铜表层结粒情况，及规避类似问题在以后的制造中再次产生，通过相关研究与探究，应用了以下措施。

3.1 增强电解技能条件的管控

应用以下对策，保证电解液成分均衡、电解技术条件与整体系统稳定。

（1）为了确保电解液成分的平衡性，减少部分地区出现过度震感，对净化溶液的抽取经集中作业改换为二十四小时持续平衡工作。

（2）对净化之后、出装槽技术出现的阳极泥液及洗水等通过两次过滤混合之后在均衡的导入系统中[5]。

（3）每班按照电解液化验分析结果，坚持少补及时补充、小流量补进的标准改变电解液硫酸含量，减少电解液当中硫酸浓度的变化程度。

（4）按照电解液的蒸发量与当天产生作业状况，实现小流量持续填充冷凝水，严格管控各个溶液储罐的液位，确保电解液总体积的稳定性。

3.2 增加剂配比的调动

转换添加剂的配置措施，增大添加剂配置槽体积，配制好的添加剂用计量泵持续平稳的导入系统，确保电解液中添加剂的平衡稳定。

按照明胶、硫脲在电解过程当中各自的作用机制，在确保阴极铜化学成分合格的基础上，改变添加剂的投放量，使得明胶与硫脲的作用互相配合，充分发挥出其减少电解液表层力量、精细化结晶以及压制结粒成长的效果，使得阴极铜表层结粒获得有效掌控。

3.3 增强生产操作管理

对于阳极板产生阳极泥率高的特征，对过滤机的过滤成效展开改善，按照过滤机的使用时间调整溶液过滤含量，并且延长拆洗过滤机的时间，将滤布上形成有效滤饼层，提升溶液过滤质量，确保溶液洁净度。增强阳极板的平整、冲洗以及泡洗的工作，并且严格对新装槽阴阳极版质量进行控制，保证阴阳板对正、极距均衡，对存在严重物理不足的阳极板展开改进，减少其对阴阳析出质量造成影响。严格管控电解液温度，针对完成出装作业的电解槽，温度满足条件之后可继续通电运作。增强对槽面的管理，时刻检验解决阴阳极短路问题，对电解槽实施盖布措施。

4 结语

在铜业加工生产过程中，铜电解精炼是一种对于技术管控及原材料质量水平标准较高的运作解决流程，在阴极铜的生产过程中起着十分重要的意义。则在此过程中，为了确保阴极铜生产品的质量水平就需要做好以下措施。第一要确保阳极板和阴极片的质量，做好材料的质量管控工作。第二在铜电解精炼过程中要确保电解液的成分可以贴合条件且保障稳定性，掌握生产过程中的每项参数。第三在生产过程当中保证运行的规范，减少在加工过程中出现人为污染等问题。第四在铜电解精炼过程当中，开展实施监督，针对解决过程中的存有的问题及时进行处理，从而促进阴极板的质量不断稳定提升。