孔祥明

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠， 江西 貴溪 335424)

0 引言

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠電解車間一系列有四套獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，分別為7.5萬(wàn)t老系統(tǒng)、7.5萬(wàn)t新系統(tǒng)、五萬(wàn)噸及東擴(kuò)系統(tǒng)。年產(chǎn)陰極銅35萬(wàn)t。近年來(lái)，面對(duì)復(fù)雜陽(yáng)極電解，需要消化贊比亞、第一量子、中色云銅、英美、豐城、深圳陽(yáng)極等多種復(fù)雜陽(yáng)極。市場(chǎng)對(duì)陰極銅的物理外觀也有了進(jìn)一步要求，廠部對(duì)陰極銅外觀質(zhì)量制定了更詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電銅外觀質(zhì)量，將電銅分七類進(jìn)行銷售：1期貨銅、2現(xiàn)貨銅、3非交割A(yù)級(jí)銅、4非交割1號(hào)銅、5定向銷售始極片、6電積銅、7不合格品。降低貼標(biāo)銅就是降低非交割A(yù)級(jí)銅、非交割1號(hào)銅的數(shù)量。

1 貼標(biāo)現(xiàn)狀(2020年1—5月平均711包)

貼陰極銅標(biāo)的依據(jù)：

第一類：陰極銅結(jié)晶有關(guān)的(圓頭、開花、樹枝、密集粒子)。

第二類：和清洗有關(guān)(電銅表面應(yīng)潔凈，無(wú)污泥、油污、電解殘?jiān)?、硫酸銅結(jié)晶等外來(lái)雜物)；陰極銅表面(包括吊耳部分)，單塊陰極銅綠色附著物(附酸)總面積不大于一塊陰極銅單面面積的1%)。

表1 傳統(tǒng)法陰極銅貼標(biāo)數(shù)量

2 影響貼標(biāo)率的主要因素

2.1 陽(yáng)極種類

貴溪冶煉廠傳統(tǒng)法電解是一個(gè)以礦銅陽(yáng)極為主的生產(chǎn)系統(tǒng)，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)都是按照礦銅陽(yáng)極成分控制進(jìn)行，所以雜銅陽(yáng)板在傳統(tǒng)法電解過(guò)程中時(shí)常不穩(wěn)定。高雜質(zhì)陽(yáng)極對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)沖擊性較大。陽(yáng)極銅中雜質(zhì)含量的高低，直接影響電解液銅離子濃度的平衡[1]。陽(yáng)極銅雜質(zhì)含量越高，易導(dǎo)致電解液中雜質(zhì)升高，從而影響陰極銅的質(zhì)量和外觀。

在以往使用過(guò)的清遠(yuǎn)、梧州、英美雜銅陽(yáng)極中產(chǎn)出的陰極銅，有明顯的液位線粒子、整板面的圓頭粒子，陰極銅物理合格率低于85%。超標(biāo)板產(chǎn)出來(lái)的陰極銅，其物理合格率明顯低于正常陽(yáng)極產(chǎn)出來(lái)的陰極銅。特別是2018年傳統(tǒng)法電解需要消化12萬(wàn)t贊比亞陽(yáng)極，2019年需要消化10萬(wàn)t贊比亞陽(yáng)極，而2020年陽(yáng)極種類繁多，均需傳統(tǒng)法電解進(jìn)行處理。

2.2 極板加工

陽(yáng)極銑耳對(duì)電解的導(dǎo)電性及陽(yáng)極在電解槽內(nèi)的垂直性有決定性作用。始極片的垂直度對(duì)短路有重大影響。電銅密集粒子形成重要原因是陽(yáng)極銑耳后不垂直以及始極片垂直度不好，二者相疊加，造成陽(yáng)極和陰板板距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25 mm。兩極近距離放電過(guò)強(qiáng)，造成局部電銅晶體粗糙。粗糙的晶體快速發(fā)育成密集型粒子，從而影響陰極銅貼標(biāo)率。

2.3 生產(chǎn)操作

整陽(yáng)極、打排列、照缸是生產(chǎn)操作；電解液的銅酸、體積、溫度是陰極銅一個(gè)周期成長(zhǎng)的載體，操作精細(xì)化和成長(zhǎng)載體的穩(wěn)定性對(duì)陰極銅貼標(biāo)率都有明顯的影響。

3 優(yōu)化改進(jìn)措施

針對(duì)以上三條影響貼標(biāo)率的因素，確定以下優(yōu)化改進(jìn)措施。

3.1 控制陽(yáng)極物料 不同陽(yáng)極分類管理

通過(guò)控制陽(yáng)極物料，解決傳統(tǒng)法陰極銅液位線粒子和整板面圓頭粒子。

傳統(tǒng)法電解裝入的陽(yáng)極以一系統(tǒng)熔煉自產(chǎn)的礦銅陽(yáng)極為主；摻雜少量雜銅陽(yáng)極，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)并消化。

高雜質(zhì)陽(yáng)極先上一槽試用，在不影響化學(xué)成分和物理合格率的情況下，再正式安排使用。傳統(tǒng)法電解老、新、五萬(wàn)噸系統(tǒng)盡量讓物料統(tǒng)一，大量外購(gòu)陽(yáng)極單獨(dú)進(jìn)入東擴(kuò)系統(tǒng)。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)贊比亞陽(yáng)極裝槽量和貼標(biāo)率成正比。表1為2019年3月—2020年2月貼標(biāo)銅量和贊比亞陽(yáng)極裝槽情況。

圖1 贊比亞陽(yáng)極與標(biāo)貼銅的關(guān)系

針對(duì)贊比亞低砷陽(yáng)極，先在有整流系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(有10個(gè)電解槽)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)組織不同的電流密度探索，電流密度分別為：250 A/m2、260 A/m2、270 A/m2、280 A/m2、290 A/m2、300 A/m2。得到的結(jié)果為：低砷贊比亞陽(yáng)極在電流密度250 A/m2可以組織生產(chǎn)。最終，將用于消化贊比亞的東擴(kuò)系統(tǒng)電流密度確定為255 A/m2。

但在實(shí)際大批量組織生產(chǎn)過(guò)程中，還需要解決贊比亞陽(yáng)極飄浮陽(yáng)極泥的問(wèn)題，飄浮陽(yáng)極泥密度小、難沉降[2]。5價(jià)砷在電解液中的存在(濃度從10-5～10-1mol/L)，可明顯提高銅的溶解反應(yīng)速度。5價(jià)砷可在電解液中累計(jì)，并成為減少銻鉍進(jìn)入電解液的一個(gè)重要的控制參數(shù)。銻鉍形成砷化物BiAsO4和SbAsO4，同時(shí)分別析出。如果析出發(fā)生在陽(yáng)極表面，便進(jìn)入陽(yáng)極泥。倘若析出發(fā)生在遠(yuǎn)離陽(yáng)極表面的地方，便形成漂浮陽(yáng)極泥。在電解液中，它們便可漂浮到陰極上，粘附在陰極銅表面或夾雜于銅晶粒之間，如此形成對(duì)陰極的污染[3]。

贊比亞第一量子陽(yáng)極含砷量遠(yuǎn)低于200ppm。在無(wú)法改變砷含量的情況下，可以通過(guò)改進(jìn)進(jìn)液方式和增加干酪素進(jìn)行優(yōu)化控制。電解液需要不停地循環(huán)，目的是傳質(zhì)傳熱[3]。傳統(tǒng)法電解的進(jìn)液方式均為底進(jìn)上出，這有利于消除電解液在槽內(nèi)形成的濃差極化，卻不利于飄浮陽(yáng)極泥的沉降。

為了減少漂浮陽(yáng)極泥，將東擴(kuò)系統(tǒng)的進(jìn)液方式改為上進(jìn)下出。銅電解精煉生產(chǎn)中使用的主要添加劑有膠、硫脲、鹽酸[4]；同時(shí)新增具有絮凝作用的干酪素，讓飄浮陽(yáng)極泥沿電解液供給方向流動(dòng)，沉入槽底。

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：低砷陽(yáng)極裝槽比例低于50%，生產(chǎn)系統(tǒng)比較穩(wěn)定。同時(shí)，在東擴(kuò)系統(tǒng)配入含砷200～300ppm的中色云銅陽(yáng)極，以及其它含砷200～500ppm的外購(gòu)陽(yáng)極，有效控制了外購(gòu)陽(yáng)極生產(chǎn)出來(lái)的陰極銅外觀差的問(wèn)題，減少了贊比亞陽(yáng)極產(chǎn)生電銅被貼標(biāo)的情況。

通過(guò)分類管理、功關(guān)及優(yōu)化陽(yáng)極物料，外購(gòu)陽(yáng)極生產(chǎn)的陰極銅，其貼標(biāo)率明顯地減少。

3.2 優(yōu)化機(jī)組對(duì)始極片的加工和陰極銅附酸清洗

3.2.1 增設(shè)始極片底部切邊機(jī)

因種板生產(chǎn)工藝決定始極片底部存在的肥邊現(xiàn)象，直接導(dǎo)致了陰極銅生成底部粒子，不僅降低了物理外觀合格率，還增加了貼標(biāo)率以及陰極銅洗滌難度。

為解決這一難題，在始極片加工機(jī)組增設(shè)了始極片底邊切邊機(jī)，投入使用后徹底解決了陰極銅底部粒子問(wèn)題，以此減少因陰極銅邊緣粒子導(dǎo)致的貼標(biāo)銅數(shù)量。

圖2 切邊機(jī)

圖3 專項(xiàng)洗滌噴嘴

3.2.2 增加專項(xiàng)洗滌噴嘴

為有效解決傳統(tǒng)法陰極銅吊耳部附酸這一國(guó)內(nèi)外冶煉廠普遍存在的共性問(wèn)題，陰極銅洗滌機(jī)組入側(cè)增加了7對(duì)吊耳專項(xiàng)洗滌噴嘴，消除了吊耳內(nèi)部洗滌盲點(diǎn)，增加了洗滌水沖洗時(shí)間，徹底解決了該項(xiàng)難題。同時(shí)，為了減少因潮濕空氣或其它外部因素導(dǎo)致陰極銅后期產(chǎn)生表面附酸現(xiàn)象，在陰極銅洗滌機(jī)組末端增加冷凝水凈水洗滌，并采用DCS自動(dòng)化控制，以此減少因附酸導(dǎo)致的貼標(biāo)銅數(shù)量。

3.2.3 始極片壓紋棍改進(jìn)

將原有的窄邊壓紋棍改進(jìn)為寬壓紋棍，消除壓紋粒子。

3.3 生產(chǎn)管理和操作精細(xì)化

以電解數(shù)據(jù)摸塊為主導(dǎo)，精細(xì)管理好電解液的銅酸、體積和溫度。在生產(chǎn)操作過(guò)程中整陽(yáng)極、打排列、照缸進(jìn)行操作，精細(xì)過(guò)程控制。通過(guò)生產(chǎn)管理和操作，解決傳統(tǒng)法陰極銅板面單個(gè)粒子、肥邊及電銅四周粒子，提高物理合格率，減少貼標(biāo)銅。

3.3.1 更換電解槽、實(shí)心導(dǎo)電排、調(diào)整槽幫水平度

2020年，將新系統(tǒng)33、34、35、36組(共108個(gè)電解槽)更換為整體樹脂槽，完成972塊實(shí)心導(dǎo)電排更換。在槽幫上面墊絕緣膠皮、導(dǎo)電排、絕緣板。

加工好的始極片壓上去后，腐蝕的絕緣膠皮，會(huì)造成部分陰極高低不平。對(duì)腐蝕了的絕緣膠皮進(jìn)行有計(jì)劃更換，共更換老系統(tǒng)、五萬(wàn)噸約340塊，保證始極片壓在槽幫上面的水平度的統(tǒng)一。

由于基礎(chǔ)條件的提升和改進(jìn)，產(chǎn)出的陰極銅相應(yīng)得到提高，減少了因老化的電解槽引起粒子銅的產(chǎn)生，減少了貼標(biāo)銅。

3.3.2 流量管理定期化

高電流密度下電解液的供給量大，而老、新、五萬(wàn)噸系統(tǒng)電解液中的砷含量始終在12～14 g/L，供液管容易結(jié)垢。

針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)全系統(tǒng)的68根DN150的上酸管、回酸管一年清洗一次；1 316個(gè)DN50上酸支管、DN12節(jié)流孔板、DN50彎管由原來(lái)分散式疏通，改為5月、11月各一次，集中定期定量疏通。

電解槽的上酸支管全面疏通，單槽流量均勻控制在28～30 L/m，保證了各槽組供液的一致性，使單槽流量和電解液供給的穩(wěn)定性得到保證。解決了單槽流量小造成的濃差極化，減少了因濃差極化影響電銅而產(chǎn)生的貼標(biāo)銅。

3.3.3 消除電銅上口、鉚耳粒子

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，在槽面電解生產(chǎn)管理的過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注陽(yáng)極溶解情況[6]。

五萬(wàn)噸、東擴(kuò)系統(tǒng)為一頭進(jìn)液、一頭出液，電解液表面的銅酸濃差被加大，電解液表面流動(dòng)性弱化，液面處銅離子低；而且電解液表面酸度最高，通電性更好；液面和空氣接觸，表面溫度會(huì)偏低，電銅長(zhǎng)時(shí)間通電后造成上口粒子。

這兩個(gè)單邊出液的系統(tǒng)，進(jìn)液端比出液端的液位會(huì)高出約2 mm。始極片裝槽通電12 h后，以始極片上口為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)新式液位器，把出液端液位降低4 mm，使整槽電銅的最上沿全部露出電解液。

12天周期中，電銅的上口控制在24 h，厚度約1.6 mm。此處減少通電約130 h，比以前厚度少20 mm。高液位時(shí)，電銅上口露出電解液，把槽內(nèi)電解液分割百102個(gè)小空間，電解液更容易克服液面張力。流動(dòng)性加強(qiáng)，減少了銅酸濃差；同時(shí)，上口電銅的厚度減薄，消除了上口粒子。

傳統(tǒng)法的老、新、五萬(wàn)噸、東擴(kuò)系統(tǒng)降低中液位。以始極片鉚耳孔為標(biāo)準(zhǔn)，低液位低于鉚耳孔4 mm。減少鉚花通電時(shí)間72 h，鉚花處通電時(shí)間減少，電流均勻在電銅板面通過(guò)。特別是雙極電解槽內(nèi)，消除了因電流提升造成鉚花凸出，極距減少而產(chǎn)生的鉚耳粒子。

通過(guò)以上改進(jìn)，提升了電銅外觀，減少了貼標(biāo)銅數(shù)量。

4 優(yōu)化及改進(jìn)工藝后效果

由圖5可見，貼標(biāo)銅數(shù)量由原來(lái)平均771包/月，下降至小于120包/月，所占百分比從原來(lái)的6.24%下降至小于1%。

圖4 始極片底部切邊前后對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

隨著公司生產(chǎn)原料發(fā)生變化，貴溪冶煉廠自2018年起大量進(jìn)口外購(gòu)陽(yáng)極。由于外購(gòu)陽(yáng)極成分差異，導(dǎo)致陰極銅物理合格率不斷下降，“貼標(biāo)銅”數(shù)量不斷攀升。降低貼標(biāo)率作為一個(gè)目標(biāo)，在完成該目標(biāo)的過(guò)程中，對(duì)低砷陽(yáng)極電解有實(shí)質(zhì)性的認(rèn)識(shí)和進(jìn)步，使低砷陽(yáng)極電解能力走在國(guó)內(nèi)前列。通過(guò)物料分類、機(jī)組加工、生產(chǎn)精細(xì)管理、技術(shù)上創(chuàng)新、管理上突破，減少了貼標(biāo)銅，提升了陰極銅的品質(zhì)，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

圖5 2020貼標(biāo)銅數(shù)據(jù) (單位：包)