(材料)阴极铜产品质量提升与技术创新

(材料)阴极铜产品质量提升与技术创新

(材料)阴极铜产品质量提升与技术创新 篇1

阴极铜产品质量提升与技术创新

1.概述

白银有色集团股份有限公司地处甘肃白银，成立于2008年11月，注册资本54.75亿元，股东为中信集团、国安集团、甘肃省国资委、甘肃省新业国资公司、信达资产公司、东方资产公司、华融资产公司、长城资产公司以及甘肃省经合总公司。中信国安集团为第一大单一股东。目前公司资产总额205亿元。

白银有色集团股份有限公司的前身白银有色金属公司是新中国最早建设的大型铜硫生产企业，也是国家“一五”时期156个重点建设项目之一。1954年建厂,1960年投产。铜硫产量和产值、利税曾连续18年居全国同行业之首，创造了铜产量占全国三分之一的骄人业绩。独创了国内唯一具有自主产权的“白银炼铜法”和“白银熔池富氧炼铜”新工艺，为国家的经济建设和地方经济发展做出了巨大的贡献，也为有色金属工业的发展输送了一大批优秀的管理人员和技术人才。“经过50多年的建设发展，白银有色集团股份有限公司已从单一的铜硫企业发展成为铜、铝、铅、锌、金、银、硫多品种综合发展，采矿、选矿、冶炼、加工、化工和科工贸一体化，产业链完整、工艺先进，在有色金属行业具有较强影响力的大型企业集团。

白银有色集团股份有限公司作为一家综合性有色金属生产企业，业务领域涵盖采选、冶炼、加工、化工、科研、贸易等业务板块，目前已具备有色金属采选380万吨、铜冶炼20万吨、铅锌冶炼20万吨、铝电解23万吨、硫酸65万吨、有色金属加工材6.57万吨、黄金3吨、白银150吨、氟化盐7.2万吨的年生产能力。主导产品“红鹭”牌铅、锌在LME注册。截止2010年公司累计生产有色金属产品600多万吨，已成为中国目前规模最大的多品种有色金属生产基地。白银有色集团股份有限公司在注重企业管理创新的同时，大力开展技术创新，为集团公司跨越性可持续化发展奠定了夯实的基础。

铜业公司1960 年建成投产，是白银有色集团股份有限公司辖属分公司，其前身白银公司冶炼厂是国家“一五”计划期间156个重点建设项目之一。1954年筹建，1960年6月投产，经过数次技术改造和几十年的建设发展，现形成年产高纯阴极铜20万吨、硫酸60万吨的产能规模，以及黄金、白银、精硒、硫酸铜等多系列产品的铜冶炼企业。

目前，铜业公司正加紧按照白银有色集团“十二五”实现铜产能60万吨，黄金15吨，白银500吨的跨越式发展战略，以做大做强为目标，加紧实施炼铜技术提升项目；以构建和谐社会为己任，深入进行污染治理；以企业可持续发展为根本，加快发展循环经济，加紧实施流程再造，在坚持创新引领、加快转型、全面提升、跨越发展的规模经济发展道路的同时，努力将公司建设成为规模效益突出、产业结构合理、管理规范科学、创新能力较强、竞争优势明显、文化底蕴深厚的国际知名、国内一流企业。2.项目背景

铜电解精炼过程实质是一个动态平衡，在这个平衡体系中，任何一道工序的失调都将打破这个平衡体系，最终影响电铜质量。首先最直观的现象是阴极铜表面长粒子。结粒不但造成极间短路降低电流，而且使阴极铜杂质含量增加，同时增加了金银等贵金属的损失，因此必须对阴极铜表面结粒加以控制。根据铜业公司电解车间高纯阴极铜实际生产情况和阴极铜质量存在问题，结合工艺条件、设备和生产环境，成功进行了“提升阴极铜产品质量”项目改造，取得了显著的经济效益和社会效益。这一研究成果于2010年获得白银有色集团股份有限公司第11届青工“五小成果”一等奖。3.主要研究成果

在实际生产过程中，经过8个月的探索、实践、研究与发现，最终总结出一套行之有效的处理办法，应用于电解生产系统之中，并形成完善的阴极铜生产模式。3.1 电铜长粒子的处理及预防措施

根据阴极铜板面粒子的形状特征可分为阳极泥粒子、开花粒子、柱状粒子、堆砌六面体闪光粒子、针刺状粒子、圆头粒子等。铜电解精炼中通过对电解液的组成、添加剂的种类、电解液温度、电解液循环速度、极间距离以及电流密度等技术条件的控制以达到减少粒子形成。

3.2 阳极泥粒子的处理及预防措施

阳极泥粒子最基本的一个特征是粒子与阴极铜板面接触不牢，用锤子铲除粒子后，可明显观察到其基部有小阳极泥块，且阳极泥粒子大多数分布在电铜的下半部。形成阳极泥粒子的原因有：

(1)阳极杂质含量高。在电解精炼过程中阳极板杂质含量较高，特别是As、Sb、Bi较高时，易形成漂浮阳极泥。通常情况下，对于杂质含量高、贵金属含量低的铜阳极，应严格控制电解液中杂质含量、降低电流、加大电解液的净化量、特别是严把电解液的加温沉淀关，每槽的循环速度减慢，则可达到消除电铜长粒子的现象。

对于杂质含量低、贵金属含量较高的铜阳极，则采取较高的电流密度、较高的电解液温度，而电解液的循环速度宜小。(2)电解液的循环。在电解过程中，电解液必须不断的循环流通，以保持电解槽内电解液的温度均匀。电解液循环速度的选择主要取决于循环方式、电流密度、电解槽容积、阳极成分等。通常情况下保持较高的循环速度有利于减少浓差极化，减低槽电压。但是循环速度的过快，又会使阳极泥不宜沉降，且造成贵金属的损失增加，有时还会导致阴极质量恶化和板面大量长粒子。由于阳极泥沉降时对阴极污染的严重性。因此，在电解液循环过程中，在保证消除阴极附近铜离子过度贫化的基础上，应力图保持电解液的清透明亮，另外在电解液循环系统中，各处流量的不平衡，特别是循环泵的流量和扬程与高位槽及各槽的循环速度的不平衡，易使电解液在高位槽中充气。另外，循环泵本身漏气，也易使电解液带气。出现这种带气的电解液，则使阳极泥在电解槽中沉降困难，从而易形成阳极泥粒子。当电解液带气严重时，电铜的上边缘出现麻孔。对于这种情况，一方面要勤查短路，用锤子把粒子铲除。另一方面首先检查循环泵是否漏气，以白银冶炼厂的实践经验来看，通过调整电解液回液管角度，及循环泵进液位置后就很少出现过这种现象。再者在循环泵出口处增设调节阀，则有效地解决了流量不平衡的矛盾，很好地解决了电解液带气的问题，预防了阳极泥粒子的形成，效果明显。

(3)槽面操作。因为铜业公司槽面作业时基本上是手工作业。在人工检测短路、始极片校平以及始极片装槽等工序都有易使始极片粘上阳极板表面的阳极泥而形成粒子，在槽面操作时最易形成阳极泥粒子的工序是槽面洒水降温。在始极片下槽第二天到出槽前一天的压溜期间，如果洒水不合规范，就不可避免地把阳极板上边沿的阳极泥冲洗到阴极铜表面，而形成粒子。对于以上情况，只要操作细心，严格标准化作业，就可避免。

（4）电流密度。提高电流密度可以在基本上不增加设备的条件下，提高产量，提高劳动生产率。对于新建的工厂，则可在保证同样生产能力的条件下，减少电解槽，节约基建投资，因此近几年来，国内外一些工厂都在保证阴极铜质量的前提下，力求采用较高的电流密度。但随着电流密度的提高，阴极附近电解液中含铜的浓度贫化的程度加剧，为了减小因及附近的浓差极化，需要增大电解液的循环速度，这又使电解液中阳极泥的沉降速度减小，从而增加了电解液中阳极泥的悬浮程度，而且在高电流密度下，促使阳极不均匀溶解及阴极不均匀沉积的一些因素会得到加强，所产阴极表面比较粗糙，这两个因素使阳极泥机械粘附于阴极的可能性增加，此外，由于电流密度的提高，电极之间的电磁场强度也随之增加，加大了阴极对一些带正电核的悬浮阳极泥粒子和银离子的吸引力，使悬浮阳极泥在阴极上的粘附以及银离子在阴极上放电的危险性增加。3.3 开花粒子的处理及预防措施

开花粒子常常出现在新装阳极板的槽列中，这种粒子的出现主要是由铜粉或氧化铜粉粘附在阴极上而形成。其处理方法是：在始极片下槽12h后进行始极片校平时，用锤子铲除。预防这种粒子，关键是加强技术工艺条件的控制，即新阳极板在泡槽进行泡浸时，酸度控制在150g／L左右，温度控制在75℃左右，泡浸时间控制在10—15min。经泡浸的阳极板要用水把阳极板表面的铜粉或氧化铜粉冲洗干净，方可吊装入电解槽中，则有效地防止了开花粒子的生成。

3.4 堆砌六面体闪光粒子的处理及预防措施

堆砌六面体闪光粒子类似金字塔型，其表面闪金光。这种粒子的另一特征 ‘硬、韧”不易脱落。这种粒子的形成是因为有部分胶粒与Cu一道参与阴极上的电结晶所致。其原因是添加剂明胶加入量过多，当胶体在电解液中的浓度积累相当高时，增加了胶粒的直径，降低了胶粒的表面积，并降低了Cu在胶粒上的吸附作用，使大量的Cu成不了载胶体，因而发挥不了添加剂的2+

2+2+作用。当始极片下槽12h后，可发现阴极表面电解液粘度较大，并在阴极上生成大量的尖刺，最后板面布满粒子。发现这种情况可减少胶的加入量，严重时停加1—2d胶，情况就缓解了。另一方面添加剂明胶加入量过少，阴极铜较软，小疙瘩明显失去拟制，敲打薄阴极时发出“扑扑”的空声，阴极表面也比较粗糙。因此根据生产实际情况，合理的选择添加剂的加入量才能有效控制堆砌六面体闪光粒子的生成。3.5 柱状粒子的处理及预防

柱状粒子的形成主要是因为添加剂硫脲加入量过多或电解液中硫脲积累较多所致。硫脲加入量过多的特征是当电铜短路烧板时会出现“黑紫色带”。这种“黑紫色带”是因为络合物胶膜盐热分解成Cu2S或CuS而显示的颜色，以及析出的电铜表面上存在粗大的“灯芯绒布”条纹，与此同时，电铜表面粒子增多，柱状粒子相对较多，出现这种现象，一是要求查短路时用锤子铲除；二是采取停加l一2d硫脲，情况就缓解了。3.6 针刺状粒子的处理及预防

针刺状粒子的形成主要是因为氯离子加入过量。氯离子是国内外通电解厂普遍采用的复合添加剂之一。电解液中的氯离子通常是以盐酸（HCL）的形式加入，研究指出，电解液中单独添加氯离子（如CL为20—30mg/L）时，对铜阴极过程有去极化作用，同时得到表面粗糙的沉积物，当氯离子浓度较高时，则出现针状结构的结晶。

3.7 圆头状粒子的处理及预防

这种粒子为扁平圆头状，和阴极表面结合面积较大，不容易清除掉，其原因是由于净液量控制不合理，造成短时间内电解液中的Cu浓度波动较大。4.项目改造效果与总结 2+-本项目研究成果经过反复实践，成功应用于我车间阴极铜生产，并取得了良好成效，通过以上方案的实施后，不但提高阴极铜的产量和质量，同时也可产生良好的经济效益。

1.阴极铜质量提高产生的直接经济效益：市场上每吨平水铜的价格比标准铜的价格高200元左右，按年产10万吨阴极铜，其中95%为高纯阴极铜计算，我车间可多创造经济效益：200元/吨×10万吨×95%=1900万元。

2.电流效率提高的直接经济效益：每月多产阴极铜130吨，阴极铜加工费用按照每吨450元，按照年正常生产月11个月计算，年直接经济效益为：130吨/月×450元/吨×11月=6.4万元/年。而由此减少电能消耗的经济效益为：130吨/月×18000度/吨〃铜×11月×1元/度=257.4万元/年。

3.阴极铜质量提升产生的直接经济效益：每月阴极铜废品率减少2‰，按照月产8500吨阴极铜，废品阴极铜返炼成本按照每吨700元，年生产时间按照11个月进行计算，废品阴极铜返炼而产生的直接经济效益为：17吨/月×700元/吨×11月/年=13万元/年。

通过以上简单的经济技术效果计算表明，通过本项目的实施，年可产生经济效益为：2195万元。同时通过以上项目实施，阴极铜分层，阴极铜出现耳部开裂、断耳，以及阴极铜表面张气孔的现象得到了控制，这些曾经制约阴极铜质量提高的问题，得到了很好的解决，为白银铜业公司在上交所注册高纯阴极铜，提供了技术支持。对于企业经济效益和社会效益的双向提升都起到极大的推进作用，为企业跨越性可持续化发展奠定了夯实的基础。以上从电铜表面粒子的形状特征进行分类，分析了铜电解精炼生产阴极铜易遇到的实际问题，即电铜表面长粒子，提出了处理和预防措施，但生产实践中往往几种类型的粒子并存，必须认真观察结粒的外观形状、通过对生产中的各个环节逐一摸查，根据具体情况采取相应对策，做到勤观察，早发现，早处理。如广泛应用于冶金行业，必将在节能减排，挖潜增效方面具有良性的推动作用。