浅谈影响铜电解残极率的因素分析

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）

从目前来看，对铜的冶炼主要采用了火法，含铜的阳极铜出产率为98.5%～99.5%，在大冶有色金属冶炼厂，其阳极铜的产出品位一般都不低于98.8%，采用火法冶炼产出的阳极铜并不能满足现代工业对同品质的需求，所以，在还要通过点解工艺来去除火法冶炼中阳极铜中所残留的杂质。

在对电解技术的评价中，残极率是最重要的指标，利用火法工序将精炼产出的残极冶炼出来，实现阳极铜的重新铸造。在很大程度上，残极率降低能够大幅度减少残极回炉量，能够帮助企业节约重复冶炼的成本。应该以保证点解工序的正常生产和阴极铜的质量为重要基础，最大限度的使残极率降到最低。

就当前情况来看，国内外在冶炼工艺、阳极铜重量等指标方面的不同，对铜电解企业残极率的标准也是不同的，但一般都会在10%～20%之间。据有关资料显示，在2017年，国内冶炼工艺能中大冶有色冶炼厂电解残极率的标准为13.91%，但是，和世界领先水平还存在很大差距，其进步空间还是很大的。通过不断的努力，国内冶炼工艺得到了逐步提高，其残极率也在不断下降。

1 影响铜电解残极率的主要因素

在对铜的冶炼中系统中，铜电解质是其中最精炼的一道程序，同时也是阴极铜产出的最后一道工序，主要涉及到阳极整形、出装槽、槽面管理、残极洗涤、等多个岗位，这些岗位都会对铜电解残极率有一定的影响，其中，单块阳极板的重量、阳极板的物力规格、阳极板的整形效果以及装槽质量等都是影响铜电解残极率的重要因素。

由于残阳极需要在洗涤干净之后再送入转炉进行重熔，再将其送至阳极炉浇铸才能产出阳极板，然后将阳极板送至电解厂进行电解精炼。所以，铜电解残极率的降低，实际上是降低了残阳极的返转炉重熔，在很大程度上能够降低阳极炉重熔浇铸的成本费用，还能降低铜金属在返转炉、阳极炉重熔浇铸的回收率的损失，能够在很大程度上降低公司的加工成本。

1.1 单块阳极板的重量

对于阳极板的生产，一般来说都是由电解上游工序、阳极炉生产浇筑而成，其阳极板的单块重量有设计院设计，一般在387kg±10kg，而阳极板两个阳极耳朵的重量一般在15kg左右。但是，阳极板的两个耳朵是在电解槽两边的铜导电排上悬挂的，并没有完全浸泡下电解液中，暴露在空气中，在整个点解过程中具有重要的痛点作用，并没有参与点溶解，所以，在对残阳极重量的计算时，两个阳极板耳朵的重量也是要被计入的，所以，需要保持阳极板在电解槽中悬挂时必须注意不要偏离中心，使其保持恒定的垂直度，同时还要保证阳极板耳朵对板身的重量有足够的承受能力，保证阳极耳朵不断开。要降低阳极残极率，最直接的方法就是降低阳极板两个耳朵的重量，通过，熔炼厂阳极炉岗位可以采取减小阳极耳朵的厚度、改变耳朵的弯曲弧度等措施来降低阳极耳朵的重量，能够在很大程度上降低残极率。

1.2 阳极板的物理规格

在阳极板物理规格中，包含了阳极板厚度、是否存在飞边毛刺、垂直度以及是否鼓包等方面的内容。

以阳极整形机制的控制要求为基础，要将阳极板的厚度控制在40mm～50mm之间，而阳极耳朵的厚度应该以吊车吊具的可吊范围为参考，一般都在30mm～40mm。在与电解厂阳极板厚度、阳极耳朵厚度控制要求相结合的基础上，其次，要保证单块阳极板的重量必须在387kg±10kg的基础上，阳极炉岗位应该对阳极板的磨具进行调整或改造，最大程度的减小阳极板耳朵的厚度，加大阳极板的厚度，还要提高浇铸水平，保证每块阳极板的厚度是均匀的，这样才能达到降低残极率的目的。

在铜磨温度不均衡、不能很好控制圆盘运转速度、铜水中含有挥发性气体等多方面因素的影响下，很容易使阳极板出现飞边毛刺以及鼓包的情况。阳极板出现飞边毛刺以及鼓包现象的原因主要是由于在装槽过程中很容易将不锈钢阴极板顶弯，致使阴极和阳极的距离缩短，造成电解产生粒子的短路或者是阴极和阳极相互接触出现短路现象，从而提高电流效率，在很大程度上提高了残极率。其次，在没有顶弯阴极板的前提下，因为阴极板与飞边、鼓包的距离很近，电流密度增大，促使粒子增长，而长大的粒子与阳极接触形成短路，会很大程度上降低电流效率，促使残极率的增高。

在阳极板浇铸过程中，若铜模的耳厚与板厚比例不协调，将导致浇铸后的阳极板垂直度不行、悬挂在电解槽中未能与槽面垂直，从而致使阳极板底部与阴极板距离太近形成短路。因此，控制阳极板的板厚、飞边毛刺、鼓包及垂直度等物理规格，对电解残极率的降低具有较大影响。

在浇铸阳极板时，铜模的耳朵厚度与板的厚度比例如果不协调，在浇铸后就会影响阳极板的垂直度，在电解槽中悬挂的阳极板与槽面不能保持垂直，缩短了阳极板底部与阴极板之间的距离，很容发生短路的现象。所以，应该对阳极板的厚度、飞边毛刺、鼓包以及垂直度等物理规格严格控制，否则就会在很大程度上影响电解残极率。

1.3 阳极整形效果

受到同模的影响，浇铸出来的阳极板的两个耳朵底部凹凸不平，或者是有一定的斜度，在不对其进行处理的情况下就将其装入电解槽，在电解槽内悬挂的阳极板就会出现倾斜，影响其垂直，很容易缩短阳极底部与阴极板的距离，产生短路，这样就会提高残疾率。其次，还会使阳极板的两个耳朵接触到电解槽中的导电排，就会对导电效果产生影响，导致耗电量的增加，从而降低电流效率，最终提高了残极率。所以，必须要对阳极板进行阳极整形，在整形程序完成之后才能够将其装入电解槽内进行电解，在阳极板整形过程中，最重要的就是铣削阳极板的两个耳朵的地步，使其达到镜面的效果，其目的主要是为了让阳极板的耳朵接触到电解槽内的导电排，这样可以促进导电效果的提高，在很大程度上降低了耗电量，对残极率的降低也有一定的促进作用。其次，将阳极板垂直挂在电解槽里，并保证阳极板不倾斜，注意避免阴阳两极之间产生短路，这样也能使电流效率得到有效提高，从一定程度上降低了残疾率。

1.4 装槽质量

在经过阳极整形之后，可以将阳极板浸泡在泡洗槽内，将阳极板表面的铜粉、脱模剂除去，也可以直接利用电解液循环来实现这一目的，然后在进行清洗铜导电排、照缸、垫铜丝等一系列装槽工作。应该注意的是，在进行阳极板装槽之前，必须先利用电解液进行铜导电排的清洗，之后再使用不锈钢钢丝刷进行刷洗，最后还要利用冷凝水冲洗导电排，在确认电解液没有残留的情况下才能够进行装槽工作，以免硫酸铜结晶对其导电性造成影响。阳极板在经过阳极整形机组形之后，在电解槽里面不一定能够百分百垂直悬挂，所以，需要安排装槽工要对每一个入槽的阳极板进行照缸工作，如果有阳极板悬挂不垂直的情况发生，必须垫入φ3mm 的铜丝使其保持垂直，在确认阳极板垂直之后才可以将其吊入阴极板，与此同时，装槽工还要对阴极板进行照缸，要保证阴极板处于两块阳极板正中间的位置，避免因阴阳极板距离较近导致粒子增长产生短路现象，这对残极率的降低有一定的促进作用。

2 降低残极率的主要措施

2.1 降低阳极单重

就目前而言，国内的冶炼厂具有传统电解技术和ISA电解技术这两套电解系统，现行的电解中，通用的阳极是阳极铜，也就是说，阳极铜在传统电解法和ISA电解法中都可以用。但是，在行车调运阳极的方式上，传统电解法和ISA电解法存在很大差异。传统的电解法行车调运阳极是勾阳极外侧的耳朵，而ISA法则是勾阳极内侧的耳朵。理论计算结果表明，可以通过减少阳极单重的方法来降低残极率，但这一计算结果是在保证残极不断裂的基础上才成立的，如果阳极重量减少，阳极的厚度也会变薄，到电解后期的时候，很可能会使残极断裂。冶炼厂是对阳极尺寸的创新设计，通过改变阳极耳朵部位的尺寸，使耳朵部位的厚度减小，从而促使阳极重量的降低，而阳极板面保持原有的厚度，这样在电解后期就不会出现残极断裂的情况。

通过对当前设备、冶炼工艺条件的改造，来减小阳极耳部的厚度，改造阳极刚模耳部，减小刚模耳部的厚度，对传统法的阳极进行创新小合集，由于车调运的是外耳，在传统的冶炼法中，内耳不但没有用处，反而会使阳极和残极的重量有所增加，所以，传统法中去除内耳，将耳部的厚度降低。相关研究理论表明，在改模过程中，所生产出的两种阳极经过反复的电解实验，对阳极耳朵在叉运、吊装、承重等方面影响生产的情况进行仔细观察，并且还要经过五个月的试生产，在不断实验和改进中，得出阳极刚模耳朵的厚度从之前的58毫米减少到55毫米，其单重降至387kg。

2.2 提高阳极铜物理合格率

从长期的实践操作中可以知道，在铜电解过程中会受到阳极铜物理规格的影响。在阳极表面会偶飞边毛刺、厚度不均匀等情况，很容易导致电解过程中阳极短路，阳极耳部偏薄会使阳极的中心偏离，导致不垂直，造成阳极底部的间距过小而产生的短路现象。在冶炼过程中，对于阳极物理规格，有着非常严格的标准，在阳极单重、外形尺寸等方面都有明确的规定。因此，应该对阳极的浇铸过程中尽心严格的控制，在精炼工艺上进行创新，通过浇铸技术的改进促使阳极物力规格合格率的提高，为电解提供原料保障。

在电解槽面作业时间方面，也要做到均匀分配，首先，应该根据出槽残极重量和电流对通电时间进行大概的计算，并以此计算作业的时间。在调查过程中发现，在实际操作中，作业时间和理论作业时间是由很大差异的。所以，工厂有计划的将较短的槽组作业时间有计划的延长，延迟通电时间。实时跟踪作业时间较长的槽组，从而得出，设备故障是影响作业时间的关键因素。冶炼厂在对电解作业量较少的电解作用进行安排是，应该检修机组、行车等设备，并对其进行检修，这样可以极大的减少设备出现故障，能够保证槽面作业时间的稳定。

对装槽作业时间、电流强度、阳极周期、阳极单重等参数与残极之间的关系进行计算，再根据出槽时残极的溶解情况来进行电流强度的适当调整，以免在阳极周期后期残极掉进电解槽，对生产操作造成不利的影响。与此同时，还要保证装槽与处理短路的质量，以提高阳极物力规格为前提，均匀分布阳极间距，对短路处理作业计划进行重新编制安排，单独登记的短路多的槽组，同时还要将有关槽组处理之间作业间隔的时间尽量缩短，以免出现由于装槽作业阳极间距不均匀或处理短路作业不完善影响残极重量。

在电解生产实践过程中，要对每个时段的电解液液位的控制都要合理，这样才能够促使残极率和残极断耳出现频率降低，然而，在前期，在降低阳极单重和提高物理合格率的生产中充分说明，提放液位的方式能够在很大程度上减少残极断耳现象的出现。在阳极电解的前期，应采取提放液位措施，并使用高液位，才能使高液位阳极得到充分溶解；在后期，要采用低液位，充分溶解低液位阳极，促使液下残极重量减小，促使横梁负重降低，从而避免残极断裂现象的发生。

3 结论

通过以上研究表明，在铜电解过程中，对阳极板的重量进行合理控制、严格按照规定设计阳极板的物理规格、保证阳极整形铣削效果、严格控制装槽质量、加强对槽面的管理、根据需要延长电解的通电时间等方法，都能够在一定程度上使残极率得到有效降低，减少熔炼厂残阳极转炉重熔，为公司节约吨铜加工的成本，此外，还能降低熔炼厂重复粗炼产生的铜回收率损失，帮助公司获取更多的经济效益。