电积培训资料

第四章电积目录一、工艺流程介绍二、电积的目的三、电积原理四、阴极铜沉积物的构造与影响因素五、始极片生产过程中的注意事项六、电积岗位的工作内容七、阴极铜粒子形成的原因与防治方法八、气孔的形成原因与防治方法九、电流效率与影响因素十、槽电压与影响因素十一、电积系统开车顺序一、铜矿选冶厂电积部分的工艺流程图二、电积的目的•通过电积法，使铜以高纯状态在阴极析出，达到与其它杂质分离的目的。三、电积原理•电流通过电解质溶液，在阴极和阳极引起电化学变化的过程称为电解，以不溶解电极作阳极的称为电积。•在电积过程中，当电流通过电积液时，阴极发生铜离子沉积过程，阳极为铅、银或铅、钙、锡合金,它本身在电积过程中不发生溶解，只起导电作用。•电积过程的电化学反应：•（一）阴极反应：Cu2++2e→Cu•（二）阳极反应：2H2O→4H++O2↑+4e•(2HO-－2e→2H++O2↑)•（三）总反应：CuSO4+H2O→Cu+H2SO4+O2↑四、阴极沉积物的构造与影响因素（一）电结晶的机理在电积液中，金属离子在电流的作用下，不断在阴极沉积的过程，称为电结晶。电结晶过程可分为两步，第一步是晶核的形成；第二步是晶核的长大。这两个过程的速度决定着金属结晶的粗细程度。如果晶核的生长速度较快，而晶核生成后的成长速度较慢，则生成的晶核数目较多，晶粒较细。反之晶粒就较粗。也就是说在铜电解精炼过程中，当晶核的生成速度大于晶核的成长速度时，就能获得结晶细致，排列紧密的阴极铜。（二）阴极沉积物的构造对阴极沉积物，除了要求化学品位符合标准外，还要求有好的物理规格，即要求结晶均匀致密，表面光洁。因为结晶粗糙的表面，会使许多杂质机械地夹杂在金属中，影响它的质量,而且表面容易被氧化。（三）影响阴极铜结晶的因素铜电解精炼（或电积）过程的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的平衡，最终影响阴极铜的质量。1.电流密度的影响:电流密度的表达式为：Dk=I/S,我们常说的电流密度，一般指阴极电流密度。低电流密度下，已形成的晶核可以不断均匀长大，而新的结晶核则不易形成。所以，在低电流密度下易等到粗晶粒结晶。虽然结晶均匀，但却不致密，阴极铜较软，从外观可以看到闪闪的亮星，也缺乏金属的声音。高电流密度下，已形成的结晶核长大的速度就逐渐减慢而停止，促使形成新的结晶核，所以，高电流密度下，由于结晶核形成的速度较快，而易得到细晶粒的结晶。但过高的电流密度，将造成阴极附近电积液中Cu2+极度贫化。这时虽有利于形成结晶核，但却无充足的Cu2+来使结晶核长大。所以结晶虽然细小，但不致密，反而得到松软的沉积物。同时，Cu2+的极度贫化，还将造成杂质在阴极析出，进一步恶化阴极沉积物的构造，甚至得到海绵状结晶。铜的电积作业，电流密度控制在180～240A/m2是比较理想的。2.电积液温度的影响提高电积液温度，能提高电积液的导电率，加速铜离子的扩散，使阴极附近的Cu2+不发生贫化。高温下易得到粗晶粒结晶，其沉积物较松软。反之，则得到细晶粒的结晶。但温度过低，就使电积液电阻增大。一般控制电积液温度在40℃左右，还应考虑对萃取工序的影响。3.电积液的流通（循环）电积液的搅拌（循环）流通，可以使阴极附近的铜离子浓度均匀分布，消除阴阳极间的浓差极化现象，同时可以使电积液的温度均匀，不至于产生分层现象。如果不进行循环流通，由于存在浓差极化现象，电积液就会分层，造成在电结晶过程中阴极沉积物结晶上下不均匀。在高电流密度下，只有采用大的循环速度，才有利于获得细晶粒的结晶。在一般电流密度下，电积液循环也应维持足够的速度方能得到结晶致密的阴极产物。在低电流密度下，循环量可稍低。3.电积液的流通（循环）电积液的搅拌（循环）流通，可以使阴极附近的铜离子浓度均匀分布，消除阴阳极间的浓差极化现象，同时可以使电积液的温度均匀，不至于产生分层现象。如果不进行循环流通，由于存在浓差极化现象，电积液就会分层，造成在电结晶过程中阴极沉积物结晶上下不均匀。在高电流密度下，只有采用大的循环速度，才有利于获得细晶粒的结晶。在一般电流密度下，电积液循环也应维持足够的速度方能得到结晶致密的阴极产物。在低电流密度下，循环量可稍低。4.电积液的酸度和被沉积金属离子的浓度①电积液的酸度：电积液中含游离H+的浓度即酸度是影响电结晶的极重要因素。要求电积液含游离酸在160g/l以上，含酸过低，会使电积液电阻增大，槽电压升高，不利于获得细致结晶；但含酸过高，却会使CuSO4结晶，也会造成槽电压升高，也不利于获得细致结晶。我厂控制电积液中含酸量为：160～180g/l。②被沉积金属离子的浓度：即Cu2+的浓度，在电积液含铜低的情况下，易在阴极区产生贫化现象，有利于获得细小结晶，但Cu2+浓度过低，却又会使阴极区Cu2+过度贫化，尤其是在高电流密度下更为显著，反而得不到致密的结晶。控制电积液中含铜量为：35～45g/l。③在电积液中要严格控制铁的浓度，一般不大于5g/l，最好控制在3g/l以下。铁含量的多少直接影响电流效率，铁每增加1g/l，电流效率就降低3～5个百分点。在喷淋、萃取和电积操作时，严禁铁器进入溶液中，以免增加电积液中的铁含量。5.添加剂的影响（指阴极添加剂）在铜电解生产中，除了阴、阳极的质量和电解液成分之外，添加剂的种类、加入量以及加入方式等都是比较关键的问题。添加剂的配合使用在很大程度上直接影响着阴极铜的质量。目前，国内外常用的添加剂有：胶、硫脲、盐酸、干酪素和阿维同一A(Avitone—A)等。理论与实践均已证明，为了使阴极铜表面光滑、平整、避免长粒子，减少短路和电积液机械粘附在阴极上的可能性，除了严格控制各工序技术条件外，还应添加适量的胶状物质和表面活性物质，以改善阴极表面质量。一般采用的添加剂及其作用如下：①胶：它是电解作业的主要添加剂之一，其作用是使析出的阴极沉积物细致光洁，改善阴极表面的物理状态。加胶过少，形成尖头棱角粒子，板面分布不分上下，而且结晶变粗，质地松软、发脆，表面发红，极易被空气氧化。加胶过多，形成园状粒子，且在园头上有尖刺，难击落，在阴极表面分布均匀。瓜尔胶作为阴极平滑剂，可以减少一些杂质，如硫、铁及铅在阴极的夹带等，加入量一般在100～120g/t.Cu。②硫脲：硫脲为表面活性物质，能细化结晶。一般认为硫脲及其各种络合物均能在铜阴极表面产生吸附，从而细化晶粒。另外，硫脲的加入，促进了结晶核的形成，所以可以获得结构均匀致密的阴极铜。较低的硫脲浓度具有去极化作用，高浓度的硫脲则可以产生较好的抑制节瘤的作用，但当硫脲加入量过多或电积液中硫脲积累较多时（30mg/l），阴极铜表面粗糙，存在粗大的“灯芯绒布”条纹，与此同时，阴极铜表面柱状粒子增多，含硫量升高，使铜发脆。硫脲的浓度为5mg/l时效果最好。③盐酸：与瓜尔胶和硫脲配合使用，能细化结晶，对阴极沉积有利。电积液中允许氯离子浓度为40～50mg/l，一般控制其浓度为20～25mg/l。氯离子浓度过大，长铜刺，且闪亮。另外，需注意盐酸与硫脲在一起时有反应，两者不能混在一起添加。在我厂，联合使用瓜尔胶、硫脲和盐酸三种添加剂。联合添加剂的整体作用机理并不是几个添加剂作用机理的简单叠加，而是相互间的协同作用。对于添加剂的使用和管理，应建立添加剂监控制度，以使各种添加剂的作用互相配合补充，获得保证阴极铜质量的最佳添加剂用量。另外，我厂还使用一种阳极添加剂，即硫酸钴。硫酸钴的使用主要是为了保护铅阳极，减少铅阳极的腐蚀，延长其使用寿命。硫酸钴还能降低阳极超电压，降低电耗。硫酸钴的浓度为60～80ppm。五、始极片生产过程中的注意事项始极片生产是铜电解生产的基础，阴极铜的指标不好，质量不高，其根源很大一部分来自始极片生产。所以，要提高阴极铜的质量，必须先解决始极片的问题。（一）技术条件的控制要求(1)严格控制电积液浓度:铜离子及其它离子的浓度太高，引起电积液分层，有可能使槽下部电积液流动缓慢，温度下降，这样就会使电阻升高，种板下沿不长铜。电积液中含铜过低，会使电铜析出疏松，易长粒子，严重时甚至产生粉末状。(2)严格控制极距：同一种板两边极距不同，则生产的始极片的厚薄不同，极距小的一面易长粒子，而另一面则可能长不满，并且两边由于极距不同，流量不同引起添加剂浓度不同，始极片易发酥发脆。所以要求同名极距要一样，种板要在两极距的正中。（二）操作中的注意事项（1）对种板的要求：始极片质量的好坏，与种板本身的表面状态有很大关系。种板是铜离子结晶的底板，因此要求表面要光洁，无异物沾附，以免在电积过程中，以这些异物为核心形成新的结晶核，而长成粗大的粒子。因此，种板使用一段时间后必须进行擦拭。（2）防止烧板：烧板是指种板通电后与阳极接触而发生短路，析出的铜皮发生“反溶解”的现象。（3）始极片发脆：分软脆和硬脆，软脆在大多数情况下由缺胶所引起的；硬脆一般是由于胶量过多所引起的。另外，酸度过大也可能引起始极片硬脆。（4）加工出的始极片在拍平架上人工校直，弯曲度小于2%，上架始极片要做到导电棒一条线、双耳一条线、侧边一条线。（5）每隔2～3个阴极周期，要吊出铅阳极检查，对弯曲阳极重新加工、平直。（6）挑选韧性较好、厚度适中的铜皮切耳子，做耳子的铜皮必须光洁、柔软，不能有粒子、沙眼或发酥现象。（7）提高铜皮的成品率，降低种板开动槽数。主要措施为：①提高包边质量，杜绝底边长粒子。②调整板面打磨周期和添加剂配比，提高边角合格率。六、电积岗位的工作内容主要工作内容：检查处理短路、控制循环量、温度、槽电压符合技术条件要求，维护阴阳极排列，负责添加剂的配制和加入，如实填写原始记录。（一）检查处理短路1.检查短路做到“看、摸”结合，处理短路要仔细。2.检查中提动极板时，不要擦阳极，位置要放对称。3.每次短路检查完毕，在槽面要洒一次水，清洗接触点，洒水时水雾细而匀，不要溅起电积液，不准冲到槽子外面。（二）电积液温度及循环量控制1.每班测量温度4～8次，温度过低或过高须通过换热器进行调节。2检查电积槽跑、漏液情况，检查循环量小时，调节高位槽的出口阀门，个别槽循环量小时，查明原因及时采取有效措施调节，避免长时间不循环打黑阴极铜。3每班记录槽电压4次（每两小时记录一次），槽电压超过2.0伏时，要及时查找原因并处理。（三）提水位出阴极铜的前一天，由早班接班后将电积槽水位提高20～30mm，水位在不超过槽帮的前提下应尽量往高提。在提水位的同时必须经常检查水位情况，防止电积液溢出。出现断耳现象可立即提一次水位，断耳阴极铜必须当即捞出，并及时补入始极片或薄阴极铜。新始极片入槽后第二天由中班降下水位。因为阴极吊耳与液面交界处氧气比较充足，这就使电积液对界面处吊耳的腐蚀加剧，即发生下列化学反应：2Cu+2H2SO4+O2→2CuSO4+2H2O这是断耳的主要原因，在出槽前一段时间将液面提高，使腐蚀处析出一层铜，以增加吊耳的强度，防止断耳的发生。七、阴极铜粒子形成的原因与防治方法（一）粒子形成的原因：在我厂主要有两个原因，即：1.添加剂加入量不当造成阴极长粒子：前面已讲过。2.电流密度局部过高造成阴极长粒子：⑴阴、阳极相对面积不当，阳极面积太大，阴极周边长凸瘤粒子（铜皮剪边不能剪太多，要保持阴极尺寸）。⑵装槽质量差a.极距不均或阳极表面质量差等，导致电流密度局部过高，阴极也易长粒子。b.阴、阳极没对正，阴极边缘离阳极边缘太近的易长凸瘤，太远的析出太薄。⑶阳极不平或始极片有弯曲卷角现象。⑷槽内个别电极导电不良槽内个别阳极或导电棒接触不良，减少电流在这些电极上的分布，因此其它导电良好的阴极电流密度增大，而长粒子。（二）防治方法1.消除阳极、始极片弯曲或卷角的现象。2.提高装槽质量，每槽装毕都要进行阴、阳极对正和极距的检查，选择合适的技术条件进行生产，如：电流密度不能太高、温度不能太低等。3.每天观察阴极铜质量，加入适量的添加剂。4.加强电积液的净化和过滤，每天要抽出20%的电积液进行净化过滤。5.加强装槽质量和槽面管理，保证阴、阳极表面平整、极距均匀。八、气孔的形成原因与防治措施（一）气孔是怎样形成的：阴极铜表面