铜电解工艺改进

张春发， 杨俊奎

(青海铜业有限责任公司， 青海 西宁 810005)

1 铜电解系统设计概况

铜电解系统设计规模为年产标准阴极铜5万t，采用小极板短周期常规电解工艺，电铜质量符合GB/T467—2010标准中的Cu- CATH- 2标准(即国标标准阴极铜)。始极片采用钛母板生产，电解液净化采用连续脱铜、砷、锑、铋工艺，脱铜后液用搪瓷反应釜真空蒸发除镍。生产工艺流程见图1。

图1 生产工艺流程图

1.1 设计参数

铜电解系统设计参数见表1。

1.2 车间配置

主厂房长180 m，宽24 m，副跨长132 m，宽15 m。配置种板槽系统(56槽)和生产槽系统(336槽)二套循环系统， 每套系统独立使用一套硅整流。

电解槽七槽为一组，可单槽断电，也可以整组断电，操作简单、安全。

表1 铜电解系统设计主要参数

种板系统和电铜烫洗配置在厂房一侧，两条联动线机组、阳极板烫洗及残极挑选配置在厂房另一侧(有利于后续产能扩大需要)。

电解液循环系统配置在副跨，电解液净化系统单独配置厂房。

2 铜电解设备配置

因选择成熟的传统生产工艺，且生产规模较小，故设备选型宗旨为简单、实用且造价低。除关键设备板式换热器采用进口外，其余均为国产。电解槽全部采用钢筋混凝土，槽体内衬FRP，电解液贮槽采用FRP制作，电解液输送管道采用PPR材料，阳极泥输送管道采用PE材料，电解系统主要设备见表2。

3 生产过程实际情况

铜电解系统于2011年4月20日产出第一批电解铜，但局限于当时的操作水平、工艺等问题，电铜出现了以下问题。

(1)外观质量: 表面粒子尤其针刺粒子多，颜色发暗，存放三天后开始发黑。

表2 电解系统主要设备配置表

(2)始极片质量: 表面粒子尤其针刺粒子多，酥脆，只一个对折就断。

(3)电流密度、电流效率设计标准为260 A/m2、96%，实际为180 A/m2、90%。

4 工艺技术改进

随着员工操作水平的提升和工艺设备的改进，投产后的第二年，标准阴极铜的合格率达到了99%，电流效率达到了96%以上，始极片合格率达到98%以上，铜电解系统已达标生产。具体的改进措施详述如下。

4.1 循环方式改进

4.1.1 电解槽进液方式的改进

将底部进液改为上部进液。原设计中，电解槽内电解液循环采用的是底部进液方式，即间隔90 mm的Φ12 mm小孔进液，上部二端出液的方式。槽底进液底管上的小孔要求对正阴极，但在实际操作中，阴阳极的距离很小，很难对正，极易引起阳极泥吸附到阴极表面。采取的措施：取消底管，采用一端槽头上部进液，同时在另一端加溜液袋，底部出液，循环方式改进示意图见图2。

图2 循环方式改进示意图

改进后，电解液流动方式变为上进下出方式，电铜表面粒子明显减少，操作简洁。但进液方式改进后，浓差极化和温度差加大，详见表3。

表3 循环方式改变数据对比

应对Cu2+浓差加大、温差加大措施为：Cu2+浓度由40～45 L/g提高到48～50 L/g，温度维持在65 ℃左右。

4.1.2 生产循环低位槽的改进

原设计中，生产低位循环槽分A、B两槽，电解液同时回A、B 槽，又同时从A、B两槽中抽出，这种循环方式使电解液得不到及时沉降，空气不能及时排出，造成电铜表面从上至下长针刺粒子，且电铜上部经常出现气孔。生产循环低位槽原设计布置见图3。

图3 原设计低位循环槽布置示意图

改造后将高位槽溢流管，压滤回液管全部改到A槽的一端，与电解液回液管放在一起。往高位槽去的上液管改到B槽的另一端，确保低位槽中回液与出液路径最长。两槽的联通管增加到3根，距低位槽底部1.5米高, 低位循环槽改造示意图见图4。

图4 低位循环槽改造示意图

往高位槽去的上液管低端进液口由下喇叭改为上喇叭，同时在喇叭口处加装过滤网, 出液管底端进液口改造示意图见图5。

图5 出液管底端进液口改造示意图

改造后，效果显著，往高位槽去的电解液含阳极泥基本杜绝。

4.2 废液压滤方式及滤布的改进

对废液压滤方式及滤布的型号进行了改进，详见表4、5。

表4 压滤方式改进

表5 板框压滤机滤布调整方案

滤布型号改进后，电解液悬浮物含量有了明显下降，详见表6。

表6 电解液悬浮物对比表 mg/L

4.3 种板系统的改造

生产初期，种板系统一直独立运行，但存在很多问题。由于其电解液体积小，电解液组成不稳定，产出的铜皮经常出现脆、酥现象，合格率不足90%；阳极板使用第一个周期后，需要换到生产槽，增加劳动量；由于种板系统独立运行，电解液循环泵耗电量较大。为此进行了如下改进：

(1)停用种板循环泵。将种板系统循环管道同生产系统循环管道联通，取消种板系统，种板系统硅整流还继续使用。

(2)降低商品电解槽循环量。电解液循环量由设计值40 L/min降低到34 L/min。

(3)种板槽补加胶量。在种板槽的槽头适量添加胶量，达到增加铜皮强度的目的。

改进后，钛种板可随机放到任何一个新阳极板槽中，降低了劳动量，同时始极片的合格率达98%以上。

4.4 脱铜槽改为种板槽生产始极片

生产初期，由于电解液中的杂质不高，不需要启动净液车间净化电解液，但电解液中铜离子浓度始终在升高，为此要设置一定量的脱铜槽。在脱铜槽中，利用铜始极片做阴极产出电铜。这种工艺存在两个问题，第一，脱铜槽内电解液含酸浓度较高，表面酸雾与空气接触，在槽内阴极铜耳部与液面接触位置较容易发生断耳现象，形成不合格电铜，同时断耳电铜会砸槽砸设备，对玻璃钢电解槽影响较大，同时需要人工将断耳电铜捞起，岗位工人的劳动强度增大。第二，脱铜槽所产出电解铜不致密，表面疙瘩较多，物表质量不达标，部分板面较好可以销售的，但要降价销售，不能销售的只能二次熔炼，增加生产成本。为此进行了如下改进：

(1)常规铜电解生产工艺中，脱铜槽中的阳极为铅板，阴极为铜始极片，现调整为用钛板作阴极。

(2)在脱铜槽的槽头适当添加一些胶量(约100 g/t·Cu)，增加铜皮的强度。

(3)因钛板表面积(0.775 m×0.915 m)相较于铅板要大，为保证脱铜槽的电流密度，适当调整了脱铜钛板槽的极距，极距由原来的90 mm改为100 mm，单槽40块阴极改为36块阴极。

改造后，脱铜槽不再产出不合格电铜，经济效益提高，成本降低，岗位员工的劳动强度降低。用钛种板作阴极生产的铜皮韧性相当好，且表面平整，不易长粒子，尤其适合做阴极吊耳。

4.5 阳极板泡洗和阳极泥冲洗方式的改进

生产初期，阳极板冲洗槽与阳极泥冲洗槽合在一起使用，这样做，虽然操作简单，但阳极泥中含铜却很高，通常达15%以上，且阳极泥销售过程中，铜的计价系数只能达85%，直接影响利润指标。

改造后，阳极板泡洗后的冲洗槽与阳极泥冲洗槽分开。两个冲洗槽分开后，阳极泥含铜下降到了10%～15%之间，阳极泥中金、银品位有所提升。单独回收的水溶铜(铜粉)重新配料生产阳极板，提高了经济效益。

4.6 电铜烫洗水的改进

由于当地生产用水含氯较高，在200～250mg/L之间，冬季有时高达600 mg/L。生产初期，锅炉用水未除氯，含氯高的生产用水对铁质设备有腐蚀，使蒸汽冷凝水浑浊，导致煮洗的电铜放置2天后颜色发生变化，开始慢慢发黑发绿，影响销售利润。

为此，锅炉用水配置一套可除氯的单级反渗透制水设备，使软化水经过该套设备处理后，含氯降到20 mg/L以下，达到使用标准。

设备投入运行后，蒸汽冷凝水变清，煮洗后的电铜颜色鲜艳，显玫瑰红色，客户对颜色的异议彻底杜绝，销售市场好转。

5 结论

本企业铜电解精炼工序通过抓工艺改进，使产品质量得到改善，工艺指标得到了提升，促进了单位生产成本的降低，值得推广。