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侯馬冶煉廠高純陰極銅質量影響因素分析

文檔作者：武戰強文檔來源：北方銅業侯馬冶煉廠		點擊數：	更新時間： 2024年06月06日
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第29卷第4期(總第116期)
2010年12月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．29 No．4(Sum．116)
Dec．2010
侯馬冶煉廠高純陰極銅質量影響因素分析
武戰強
(北方銅業侯馬冶煉廠，山西侯馬043000)
摘要：北方銅業侯馬冶煉廠電解試生產期間，陰極銅質量不穩定，出現了發脆、板面粒子較多、表面有氣孔現
象。根據生產情況，分析了陰極銅質量的影響因素并采取相應措施，嚴格控制生產過程，獲得了符合GB／
T467—1997高純陰極銅(Cu—CATH一1)標準的陰極銅。
關鍵詞：陰極銅；質量；生產；因素；分析
中圖分類號：111．52 文獻標志碼：A 文章編號：1009—2617(2010)04—0285—04
北方銅業侯馬冶煉廠(以下簡稱侯冶)電解車
間采用中極板傳統電解工藝電解銅，設計能力為
年產標準陰極銅50 kt。生產系統與種板系統共
用一臺整流機組，電解液循環系統相互獨立。始
極片生產采用鈦板作母板。凈液采用一段電積脫
銅、二段誘導脫砷銻鉍、真空蒸發除鎳工藝。電解
車間于2005年12月26日建成投產，試生產期
間，陰極銅質量出現一些問題，如發脆、板面粒子
較多、表面有氣孔，質量不穩定等。分析這些問題
產生的原因，并采取相應措施，調整工藝參數，可
保證陰極銅質量達到要求。
l 電解工藝參數及主要生產設備
1．1 電解工藝參數
電解系統設計主要參數為：生產規模50
kt／a，電流密度245 A／m2，電銅品位99．95％，電
流效率96％，槽電壓250～300 mV，陽極單重220
kg，陽極外形尺寸720 mm×880 mm×40 mm，每
槽陽極數41塊，殘極率20％，同極距100 mm，陽
極周期18 d，陰極周期6 d，陰極單重5．5 kg，陰
極外形尺寸740 mm×900 mm，每槽陰極數40
塊，電解液循環速度25～30 L／(槽·min)，電解
液溫度63"-,68℃，凈液量45 12"13／d。
1．2 主要生產設備
主廠房長120 m，跨度24 m×2。電解槽432
個(其中生產槽392個，種板槽40個)，壓紋釘耳
機2臺，電銅洗滌堆垛機組1臺，電解液循環系統
2套，過濾系統2套，板式換熱器5臺(生產系統3
臺，種板系統2臺)，整流機組l臺套。凈液系統
1套。
2 陰極銅生產中的主要問題
2．1 陰極銅發脆
陰極銅發脆的原因一般有兩個[1]：一是陰極
銅中某些有害雜質含量偏高；二是陰極銅結晶不
夠致密，板面酥脆。
2．1．1 陰極銅中某些有害雜質含量偏高
陰極銅中的主要雜質元素有18種之多，不同
雜質對銅的機械性能的影響有很大差別：Pb、Bi
主要與S形成硫化物，破壞銅晶體間的聯系，降低
銅的致密性，使在熱加工和冷加工時呈現脆性；
O、S、Te與Cu形成脆性化合物，嚴重降低銅的塑
性[21；拔桿時C、H、o化合物在晶界面上聚集，極
易形成氫脆斷裂[13；Sb的影響目前尚不太清楚。
Pb、Bi、S、Te、As等雜質主要來自陽極板，這
些雜質主要是機械夾雜或黏附帶入，Bi還有可能
是放電析出，S的含量與添加劑硫脲的加入量有
關，可能是添加劑配入量過大造成。
侯冶2批次高純陰極銅質量檢測結果見表
1，2批次陰極銅C／H／0質量分數與其產品對比
見表2[1 J。
收稿日期：2010—05—14
作者簡介：武戰強(1972一)。男。山西臨猗人，大學本科。工程師，主要研究方向為銅冶煉生產工藝。
萬方數據
·286· 濕法冶金2010年12月
表2 陰極銅中C、H、O質量分數％
廠家O H C
智利陰極銅2．3×101 1．5×101 一
國內不斷裂銅桿1．0X10_3 1．2×10～。一
國內斷裂銅桿1．4X10—3(1．5～2．0)×10—4 1．7×10—3
國內高純陰極銅一(1．7～2．4)×lO一3 6．0×10—3
侯冶陰極銅14．1×10—3 6．0×10—4 2．1×10—3
侯冶陰極銅22．0×10～8．0×10—4 2．4×10—3
從表1，2看出：侯冶高純陰極銅中C、H、O
質量分數相對較高，是造成陰極銅發脆的主要原
因。而C、H、O一般是由添加劑中的膠、硫脲、干
酪素分解反應引入L3]，試驗表明，隨著陰極極化，
陰極銅中H的質量分數增高，而陰極極化隨添加
劑濃度和硫脲與膠的比值的增大而顯著增大[4]。
試生產期間，添加劑加入量較高，且配比不當，造
成了陰極銅中C、H、0質量分數相對較高。
2．I．2 陰極銅結晶不夠致密
已生成的晶核的成長和沉積物的結構主要與電流
密度、銅離子濃度、電解液溫度、電解液循環速度
及添加劑種類與用量等有關。侯冶在高純陰極銅
試生產期間，電流密度、銅離子濃度、電解液溫度、
電解液循環速度等工藝參數基本穩定，只有添加
劑配比不穩定，這可能是造成陰極銅結晶不夠致
密的主要影響因素。
2．2 板面粒子較多
電解過程中，引起陰極銅板面長粒子的原因
很多，主要有以下幾種：1)添加劑(骨膠、硫脲和鹽
酸等)配比不當；2)電流密度局部過高；3)固體顆
粒黏附于陰極表面。
2．2．1 添加劑配比不當
侯冶電解生產系統的添加劑為骨膠、硫脲、干
酪素和鹽酸。骨膠加入量不夠時，不能充分發揮
膠質對粒子生長的抑制作用，會在陰極板面長成
尖頭棱角狀粒子；骨膠加入量過大時，陰極整個板
面都吸附相當數量的膠質，不僅會使陰極銅出現
分層現象，而且整個陰極的基體結構都很致密。
高膠粒子呈圓頭狀，與陰極基體的接觸面較大，極
難擊落。
硫脲加入量少時，陰極銅表面有亮晶，結構疏
松；但加入量過多時，又使陰極銅表面出現粗條紋
狀晶體，嚴重時出現粗結晶粒子。
鹽酸添加量不適當，氯離子濃度過小時，在陰
極上出現魚鱗狀光亮的灰白粒子；氯離子濃度過
大時，易在陰極表面生長針狀粒子。
2．2．2 電流密度局部過高
陽極板面積應比陰極板面積略小，否則，易在
萬方數據
第29卷第4期武戰強：侯馬冶煉廠高純陰極銅質量影響因素分析·287·
陰極周邊生成粒子，甚至粗大的凸瘤，在電流密度
較高時更為嚴重。但陽極面積太小，會使陰極實
際電流密度升高，也導致產生銅離子。
隨著電解過程的進行，陽極面積不斷縮小，陰
極面積稍有增大，因而陰極周邊長凸瘤現象有所
改善，但陰極板面長粒子現象會更嚴重。
裝槽時操作不當，可能造成陰、陽極板沒有對
正或極距不均勻。前一種情況，因陰極一邊邊緣
離陽極邊緣近而長凸瘤，另一邊邊緣離陽極邊緣
遠而析出太薄；后一種情況則因陰極的兩個側面
與陽極板面的垂直距離不等，電流密度不一，距陽
極近的一面因電流密度過大而易長粒子。
當陽極不平整或始極片有彎曲卷角時，均因
陰、陽極間距離太近而使電流密度過大、電力線集
中而長出密集細小的圓粒子。
侯冶電解系統機械化程度低，基本為純人工
作業，在生產參數完全相同條件下，因人工操作造
成的因局部電流密度過高而引起長粒子現象難以
完全避免。
2．2．3 固體顆粒黏附于陰極表面
電解生產所用蒸汽為熔煉車間余熱鍋爐產出
的，限制性強，蒸汽量時大時小，造成電解液溫度
有時偏低，引起電解液黏度增大，陽極泥沉降困
難，進而造成部分陽極泥在沉降過程中黏附于陰
極表面，成為粒子結晶核心。
由As、Sb、Bi形成的漂浮陽極泥密度小，粒
度小至幾微米，難于沉降，極易黏附于陰極表面，
成為粒子生長核心，主要表現在陰極上部。
另外，新裝陽極時，若蒸汽不足，陽極表面的
Cu。O不能燙洗干凈，則電解過程中易掉落電解
液中，隨電解液漂游。當其未與硫酸充分作用時，
即以Cu。O薄片黏附于陰極表面，以此為基點生
長出疏松的片狀粒子，主要出現在陰極下部。
2．3 陰極銅表面產生氣孔
試生產期間，在陰極銅表面有4次出現了氣
孔，嚴重時氣孔面積達陰極面積的1／10～1／2。
氣孔比較集中的區域主要是陰極上部，吊耳耳攀
處，陰極彎曲部分的向下斜面，而且斜面越斜，氣
孔越多。大多數氣孔的孑L徑為2～3 mm。有氣
孔的陰極銅一般集中出現在靠電解槽進液端的1
～10塊，嚴重時整槽陰極銅都有氣孔。
陰極上部的氣孔處外部都吸附一個氣泡。振
動陰極或陽極，電解液中立即有大量氣泡冒出，并
隨帶浮起大量的陽極泥，使得陰極銅表面氣孔形
成處隨后即產生陽極泥開花狀粒子，
據有關資料介紹：陰極銅表面有氣孔生成，是
由于電解液在循環過程中溶解了大量空氣，經泵
循環被破碎成非常細小的氣泡。在電解槽中，電
解液流動比較平穩，多數小氣泡聚集成較大的氣
泡上浮，但由于電解液黏度和密度都比較大，氣泡
上浮受到阻礙，就吸附在陰、陽極表面形成絕緣
點，阻礙銅在該處析出，即形成孔洞。
電解液中溶入大量空氣的原因有：
1)低位槽液面控制太低，循環泵的進液口離
液面較近，當電解液從回流管流入低位槽時或由
于高位槽的液量過剩而從溢流管流回低位槽時，
由于落差而使整個低位槽內的電解液呈類似沸騰
狀態，此時，電解液和空氣混合物被循環泵吸入，
經高速旋轉的葉輪充分攪拌后，空氣均勻地溶解
于電解液內。
2)電解液進入高位槽時，其壓力大、流量大，
并受到強烈攪拌，呈沸騰狀，帶人大量空氣。
3)從高位槽出來的分配器至電解槽之間有一
段垂直向下的進液主管道，因管徑較粗，必須在分
配器出口處安裝閥門來控制供液流量。由于該垂
直管段內的電解液在重力作用下流速很快，當垂
直管段上面的水平管段內電解液流速低于垂直管
段的流速時，該水平管段內即形成負壓，從而使空
氣從閥門的密封薄弱處吸入管道，混入電解液中。
3 改進措施
3．1 優化添加劑配比及加入量
添加劑在電解過程中主要作用是調節陰極銅
的物理性能，如光澤度、平滑度、韌性等，使陰極銅
結構致密、表面光滑、氣體和其他有害雜質含量
少，對陰極銅質量起關鍵性作用。添加劑的添加
量和配比因陽極銅雜質含量和電解工藝參數的不
同而不同[5]。侯冶對20個生產槽進行試驗，確定
將添加劑原配比骨膠180 g／t、硫脲90 g／t、干酪
素15 g／t改為骨膠120 g／t、硫脲75 g／t、干酪素
11 g／t，由原來的24 h配加1次改為8 h配加1
次；同時在保證陰極銅質量前提下，盡量減少用
量，以此降低陰極銅中C、H、O的含量。
3．2 降低陽極銅中雜質含量
1)嚴格控制陽極爐入爐原料質量。
2)陽極爐要盡可能深度氧化還原，除去陽極
萬方數據
·288· 濕法冶金2010年12月
銅中的雜質O、S、Pb、As、Bi等。
3)嚴格控制還原劑中S的含量，以壓縮氮氣代
替壓縮空氣輸送還原劑，降低陽極銅中S的含量。
3．3 控制液位。預防氣體進入電解液
1)改造高位槽內部結構，將高位槽進液與出
液分隔為前、后室，使進液口伸入前室，出液口和
溢流口設于后室，并從隔板處起設一水平排氣面，
使空氣盡量在此逸出。同時將出液管向里延伸，
避免卷入空氣。
2)穩定高、低位槽液位。液位通過PLC監
控，設置高、低限報警器，發現異常及時調整。高
位槽液位控制在2 500～2 600 mm，低位槽液位
控制在2 300～2 500 mm，每小時記錄一次。
3)立式循環泵吸液管口加吸程管，增大插入
液體的深度，避免空氣從循環泵的吸液口進入循
環系統內。
3)在水平供液管上增加排氣閥，一旦管道內
形成負壓，盡快排掉。
4)定期檢查循環管道上的閥門與流量計法
蘭，發現漏氣及時維修或更換。
3．4 預防陰極銅板面粒子產生
1)嚴格控制陽極和始極片的物理規格。嚴格
校正陽極，將飛邊、毛翅、鼓泡等處理干凈；始極片
須經四邊裁減、壓平拍片處理，避免邊緣粗糙、彎
角、卷角，保持良好的剛性和懸垂度。
2)新陽極裝槽前要燙洗，嚴格控制泡洗液酸
度、溫度及泡洗時間，確保陽極浸洗充分，溶去表
面和孑L洞內的氧化亞銅。酸洗后的陽極表面黏附
的銅粉要用新水沖洗干凈。
3)提高陰陽兩極的裝槽質量，力求陰、陽極對
正，極間距均勻，接觸點光亮。
4)加強電解液的過濾，保證電解液過濾質量，
降低電解液密度，使陽極泥與固體懸浮物沉降順
利，漂浮陽極泥得到有效控制。
5)嚴格控制電解液中Cu2+及Pb、As、Sb、Bi、
Fe、Ni等雜質的濃度在要求范圍內。
6)增設備用蒸汽鍋爐，徹底解決溫度對陽極
板泡洗和生產造成的不良影響。
4 結語
通過調整陰極銅質量影響參數，完善工藝流
程并嚴格控制生產過程，收到了明顯效果。運行
6個月后，陰極銅質量達到GB／T467--1997標準
陰極銅(Cu—CATH一2)標準；10個月后，陰極銅質
量達到GB／T467一1997高純陰極銅(Cu—CATH一
1)標準，2007年9月，“中條山”牌高純陰極銅在
上海有色金屬交易所注冊成功。
參考文獻：
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Influence Factors on Houma Smelt High Purity Cathode Copper Quality
WU Zhan—qiang
(Houma Smelter，Northern Copper Industry，Houma，Shanxi 043000，China)
Abstract：During Northern Copper Industry Houma smelt test electrolyse production，cathode copper
quality is not stable．The cathode copper is fragile having many penel particle and porosity in surface．
By analyzing the factors influencing the quality of cathode copper and taking some measures to control
produce process strictly。a high purity(Cu～CATH一1)complied with GB／T467—1 997 standard cathode
copper has been obtained．
Key words：cathode copper；quality；manufacture；factor；analysis

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