優化作業方式提高始極片質量

徐 洋

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

某廠電解車間采用傳統法電解生產工藝，種板工序為生產電解槽提供始極片，系統有7組共74個種板電解槽。生產過程中使用鈦母板作為陰極，鈦板經打磨包邊后裝入種板槽內通電22.5～23h后出槽。出槽時鈦板經高溫泡洗并人工剝下銅片，銅片經機組加工后制作成始極片供生產系統使用。種板工序設有一套單獨的循環系統，每天分上、下午進行生產作業。在實際生產過程中，發現上午與下午產出的始極片在質量上有明顯差異，下午生產的始極片質量明顯優于上午，這給機組加工工序帶來不良影響。為了獲得質量更加穩定的始極片，我們對種板系統進行了研究分析，并做了一些技術改進，上述問題得到改善。

通過現場調查分析，發現上午和下午的始極片結晶質量存在明顯區別。上午始極片結晶顆粒較粗，表面粗糙，用強光手電從側面照射表面會出現密密麻麻的“亮點”，下午始極片則結晶顆粒細膩，表面平整光滑，上午始極片表面結晶狀況如圖1所示，下午始極片表面結晶狀況如圖2所示。

圖1 上午始極片表面結晶狀況

圖2 下午始極片表面結晶狀況

為了獲得良好的機組加工質量，要求始極片應具有一定韌性，軟硬適中。實踐表明始極片的硬度與添加劑的加入量以及其本身的結晶質量有著較大聯系。添加劑主要是表面活性物質，具有強烈的吸附性，它能吸附在陰極銅表面，它們有部分進入陰極銅，增加陰極銅硬度［1］；另一方面，當銅陰極沉積物結晶顆粒粗大時，晶體之間的聯系松弛，間隙較大，表面結晶粗糙，則陰極銅硬度較小。相反，當結晶顆粒細小時，晶體之間聯系緊密，間隙較小，表面結晶細膩，陰極銅硬度大［2］。

使用洛氏硬度計對始極片進行硬度測量，每組隨機抽取5張，測量結果見表1。上午生產的始極片平均硬度63.8，下午始極片平均硬度66.8，在生產實踐中上午生產的始極片由于硬度偏小，片子韌性較差，影響機組加工質量。

表1 改進前始極片硬度

2 影響因素分析

2.1 電解液體積

銅電解精煉實質上是一個動態平衡過程，在這個平衡體系中，任何一道工序的失調都將打破這個體系的平衡，最終影響電銅質量［3］。電解液總體積控制的目的就是是為了調控電解液中Cu2+、H2SO4、添加劑等成分穩定［4］，給電化學反應提供良好的電解液環境基礎［5］。

電解液中銅離子的濃度對陰極表面質量有較大影響，含銅過低，陰極銅析出疏松易長粒子；含銅過高，陰極銅的結晶粗糙，增大電解液的密度和粘度［6］。生產過程中為保持電解液成分穩定，通過補水維持各儲液罐的液位恒定。由于種板系統電解液總體積較小，對種板體積波動值的控制參數為±1m3。當體積波動較大時，電解液銅、酸平衡遭到破壞，影響始極片質量。造成電解液體積波動的因素包括出裝槽作業、電解液的水分蒸發、與凈液工序之間的倒返液等。通過分析發現，出裝槽作業是造成種板工序電解液體積波動大的主要原因，具體表現的以下兩個方面。

（1）作業量。

種板工序作業量為上午44槽，下午30槽。剝離銅片會造成體積損失，通過計算得知剝離一槽始極片造成的體積損失為0.08 m3，則上午體積損失3.52 m3，下午體積損失2.40m3。

（2）更換新陽極計劃。

種板工序對電解液純凈度要求高，不僅是電解液化學成分雜質含量要求少，更主要的是電解液中物理夾帶顆粒狀物質要求盡可能的少［7］。為確保電解液的純凈度高，種板工序更換新陽極時，將電解槽上層較為干凈的上清液回收進入種板電解液系統，而電解槽底層較為渾濁的陽極泥液則直接開路導進電解銅生產系統，造成種板工序電解液損失，其中，單個電解槽底層陽極泥液約1.50 m3。損失的電解液不僅影響種板系統總體積控制，同時會損失添加劑、銅、酸等有效成分，導致電解液成分的波動，給生產帶來負面影響。按種板工序每天更換4槽新陽極，經常出現上午更換3槽新陽極，下午更換一槽的情況，則上午電解液損失4.50 m3，下午電解液損失1.50 m3。

上午體積波動△V1：△V1=3.52+4.50=8.02 m3

下午體積波動△V2：△V2=2.40+1.50=3.90 m3

由此可見，△V1較△V2大，則在現有的作業方式下，上午與下午電解液總體積波動相差較大，電解液成分不穩定，影響始極片質量。

2.2 添加劑

實踐表明加入適量添加劑是獲得結構致密、表面光滑、氣體及其他有害雜質含量少的優質陰極銅的有效措施之一［8］。種板工序有7組電解槽，作業時按1～7組的順序連續作業，添加劑24小時均勻穩定地加入，加入量是按74槽全部通電設定。這就意味著作業期間同時停電槽數越多，添加劑的加入量與通電槽數越不匹配，對始極片質量影響就越大?，F有的7組生產槽，每組的電解槽個數都不盡相同，種板電解槽分布見圖3。

圖3 種板電解槽分布

由于作業過程中往往存在兩組都處于停電狀態的情況，則現有的作業順序使得在上午作業期間，當槽數最多的1組與2組都停電時，停電槽數為28槽，占總槽數的37.8%。同時停電槽數過多，通電槽數與添加劑加入量嚴重不匹配，影響始極片質量。

3 改進方法

3.1 更換新陽極計劃

通過作業量調整，將上、下午作業量分別調整為40槽和34槽。重新制定更換陽極計劃，將單日更換新陽極數量盡量控制在上午、下午差量最小，則改進后上午體積波動為：

上午體積波動△V3：△V3=40×0.08+2×1.50=6.20 m3

下午體積波動△V4：△V4=34×0.08+2×1.50=5.72 m3

通過改進，上午與下午因出裝槽作業造成的體積波動相對平穩。

3.2 改變出裝槽作業順序

為了緩解作業過程中出現的添加劑加入量與通電槽數不匹配的問題，對種板各組的作業順序進行了調整。將5組與2組的出槽順序進行調換，作業順序由原來的1-7組依次作業改為1-5-3-4-2-6-7的作業順序。這樣槽數最多的1組和2組就均勻分配在上午和下午作業，使得作業過程中最多同時停電槽數由28槽縮減為24槽，有效緩解了添加劑的加入了與通電槽數不匹配的問題，改善了始極片質量。

3.3 優化后效果

（1） 對種板電解液銅酸濃度波動情況進行統計，結果如表2所示，其中1-6月為改進前數據，7-10月為改進后數據。改進后銅濃度單日波動值由改進前的1.24g/L降為1.06g/L，酸濃度單日波動值由2.41g/L降為1.94g/L。通過改進銅酸濃度波動相對平穩，更有利于電解液成分的穩定控制。

表2 種板電解液銅酸濃度單日波動值月平均 g/L

（2）上午始極片表面結晶狀況有了較大改善，表面“亮點”明顯減少，結晶細膩，板面光滑，改進前后上午始極片表面結晶狀況如圖4、圖5所示。

圖4 改進前上午始極片表面結晶狀況

圖5 改進后上午始極片表面結晶狀況

（3）始極片硬度波動趨于平穩，每組隨機抽取5張始極片進行測量，結果見表3。從表3中可以看出改進后的始極片硬度波動較小，同時，結合表1可知上午始極片硬度明顯上升，由改進前的63.8上升為改進后的65.8。上午與下午生產的始極片均具有較好的韌性，完全滿足機組加工要求。

由于始極片質量穩定，廢片率有所降低，現在僅開動70槽就能滿足生產需求，比原計劃少開了4槽，不僅節約了種板系統生產成本也進一步降低了生產人員的勞動負荷。

4 結語

種板系統通電時間短、電解液體積小，只有將作業過程中各項操作精化細化，維持系統平穩，才能獲得質量穩定的合格始極片。通過本次技術改進，種板系統運行更加穩定，始極片質量得到改善，這對于滿足下道工序機組的加工要求和提高陰極銅質量都是十分有效的。