CN110846681A - 一种提高电积法阴极铜产品质量的方法 - Google Patents

一种提高电积法阴极铜产品质量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铜湿法冶金技术领域，具体涉及一种提高电积法阴极铜产品质量的方法，电积液通过直流电积直接生产阴极铜，出铜工艺采用1/2或1/3出铜法，出铜时，阴极铜从吊装出槽时，先用槽面水进行洗涤冲洗，冲洗残留在阴极铜表面的电积液；然后将极板吊至阴极板烫洗装置，水温75‑80℃进行2min烫洗，除去极板表面以及导电横梁上残留的少量电积液和油污，而后进入剥片机组进行高温高压水二次洗涤后进行铜板剥离；剥铜完成后阴极板再重装入槽前，需检查阴极板的垂直度，加边条的完好情况以及清理粘附的碎铜。本发明的方法可直接应用于其他铜电积项目大规模工业化生产。

Description

一种提高电积法阴极铜产品质量的方法
技术领域
本发明属于铜湿法冶金技术领域，主要应用与电积法生产阴极铜工艺和质量控制环节，具体涉及一种提高电积法阴极铜产品质量的方法。
背景技术
铜是重要的战略金属，广泛应用于各行各业。金属铜的冶炼工艺主要有火法冶炼和湿法冶炼两种工艺。近年来随着铜产品市场的变化，客户对阴极铜产品的质量要求越来越高，因此对阴极铜生产企业提出了更高的要求。
国内大型铜冶炼企业基本为火法冶炼企业，其主要工艺为火法熔炼和电解精炼生产阴极铜，由于规模大，技术成熟，工艺应用时间早，工艺技术研究和产品质量控制已经非常成熟。湿法冶炼近年来随着工艺和装备技术的发展迅速发展，大型的湿法阴极铜生产企业主要分布在美洲、非洲和东南亚国家，电积法生产阴极铜产品的质量也逐步提高，部分工艺控制稳定和产品质量良好的企业可以达到A级铜(高纯阴极铜)注册铜的化学和物理指标。
阴极铜化学质量执行的最新国家标准为GB/T467-2010，该标准分为A级铜/高纯阴极铜(Cu-CATH-1)、1号标准阴极铜(Cu-CATH-2)和2号标准阴极铜(Cu-CATH-3)三个牌号。其中A几铜产品化学成分含量要求见下表1.
A级铜产品对6个元素组，18种杂质元素含量作了单元素含量和元素组含量的规定和限制，同时，总杂质含量也必须在0.0065％以下，才能符合A级铜质量要求。除了化学成分外，A级铜还要求阴极铜电阻率≤0.15176Ωg/m2，铜板表面洁净，无油污、电解残渣等，且绿色附着物面积不大于单面面积1％。阴极铜表面及边缘不得有花瓣或树枝状结粒，且高5mm以上密集结粒总面积不得大于单面面积的10％，阴极铜以整块供应等。
由此可见，A级铜对产品的化学成分、物理性能以及表面质量都有严苛的要求。目前相当一部分的电积法阴极铜生产企业，例如非洲的刚果金、赞比亚以及东南亚的部分企业，由于生产条件控制的随意性以及经验的欠缺，经常出现产品Pb、S、Fe杂质超标现场，产品外观不佳，综合指标不能达到A级铜产品要求，或者产品质量不稳定，仅能作为1号或2号铜进行销售。
生产电积法生产阴极铜除了对电积液化学成分，生产工艺控制有严格的规定外，还涉及平时的生产管理以及产品的合理存储、发运等多个环节，是一项系统工程，必须有严格的质量控制。
发明内容
本发明目的是发明一种提高电积法阴极铜产品质量的方法，以期提高阴极铜产品的质量，满足A级铜产品质量要求。具体技术方案如下；
一种提高电积法阴极铜产品质量的方法，电积液通过直流电积直接生产阴极铜，出铜工艺采用1/2或1/3出铜法，出铜时，阴极铜从吊装出槽时，先用槽面水进行洗涤冲洗，冲洗残留在阴极铜表面的电积液；然后将极板吊至阴极板烫洗装置，水温75-80℃进行2min烫洗，除去极板表面以及导电横梁上残留的少量电积液和油污，而后进入剥片机组进行高温高压水二次洗涤后进行铜板剥离；剥铜完成后阴极板再重装入槽前，需检查阴极板的垂直度，加边条的完好情况以及清理粘附的碎铜，阴极铜从吊装出槽到剥铜完成阴极板重装入槽的整个过程时间控制在15min；具体工艺参数为：
电积电流密度200-330A/m2；阴极流量2-3.5L/min/m2；电积液温度45-50℃；电贫液铜浓度35-38g/L，硫酸180-185g/L；铁浓度1.5-2.5g/L；Cl离子＜30ppm；锰离子＜30ppm，Fe2+/Mn＞10；有机物含量小于10ppm；硫酸钴浓度100-150ppm；电积液TSS小于1ppm；添加剂瓜尔胶为200-300g/t。
本发明的有益效果
1、本发明明确了阴极铜电积工艺的各项控制参数，出铜工艺可采用1/2或1/3带电出铜法，电积电效可稳定在90％左右；
2、本发明有效保护阴阳极板，提高了系统稳定性，降低了生产成本；
3、本发明工艺操作指标控制稳定性好，产品质量稳定，纯度高。产品S含量可控制在8ppm以下，Pb含量0.5ppm以下，Fe含量2ppm以下，其他杂质均在A级铜要求范围内，总杂质25ppm左右，远低于A级铜65ppm的要求；可直接应用于其他铜电积项目大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明直流电积工艺示意图；
图2为阴极板烫洗装置结构简图
图3为碎铜溶解槽装置结构简图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
电积法直接生产阴极铜与电解法的主要不同是阳极采用不溶阳极，而非粗铜浇筑的铜阳极。典型的不溶阳极为Pb-Ca-Sn合金，阴极板为不锈钢(316L或双相不锈钢)阴极，电积液通过直流电积直接生产阴极铜，直流电积工艺示意图见图1.
由图1可知，全部电积槽与直流电积整流器串联连接，应急发电保槽整流器与电积整流器并联连接。正常情况下，应急发电整流装置停止运营，外网停电或电积整流器故障情况下，应急保槽整流器装置开机运行，保槽电流1000A(根据电积槽和阴极板总数可进行调整)。
直流电积工艺指标和参数控制要求：
电积电流密度200-330A/m2；阴极流量2-3.5L/min/m2；电积液温度45-50℃；电贫液铜浓度35-38g/L，硫酸180-185g/L；铁浓度1.5-2.5g/L；Cl离子＜30ppm；锰离子＜30ppm，Fe2+/Mn＞10；有机物含量小于10ppm；硫酸钴浓度100-150ppm；电积液TSS小于1ppm；添加剂瓜尔胶200-300g/t；
出铜工艺采用1/2或1/3出铜法；出铜时，阴极铜从吊装出槽时，先用槽面水进行洗涤冲洗，冲洗残留在阴极铜表面的电积液；然后将极板吊至阴极板烫洗装置，水温75-80℃进行2min烫洗，除去极板表面以及导电横梁上残留的少量电积液和油污；而后进入剥片机组进行高温高压水(70-75℃)二次洗涤后进行铜板剥离；剥铜完成后阴极板再重装入槽前需检查阴极板的垂直度，加边条的完好情况以及清理粘附的碎铜，阴极铜从吊装出槽到剥铜完成阴极板重装入槽的整个过程时间控制在15min；
阴极板烫洗装置包括不锈钢箱体2、隔板3、套管换热器4、循环水入口1、循环水出口5、排水口6，箱体2为长方形，采用不锈钢钢板焊接而成，长7000mm,宽度1500mm，高度2400mm，与电积槽形状相同，箱体2地板采用15°斜面设计，便于阴极板烫洗时脱落的残渣汇集于底部进行集中清理；套管换热器4采用电加热高耐腐钛材换热器，根据热导向原理设置在箱体2的底部。加热区与洗涤区采用隔板3进行隔离保护，隔板3在距离箱底1000mm的位置与箱体2的内壁采段焊连为一体，将箱体2分为上下两部分，既起到了保护套管换热器的作用，又最大限度的保证了水的导热性能不受影响；循环水出口5与循环水入口4是为了加快水的换热时间而设计的，分别置于箱体底部加热区与箱体上部洗涤区，对角布置；循环水出口5采用DN65的法兰接头与一台热水泵相连接，经过泵将底部热水泵送至上部液面，热水泵出口与箱体上部的循环水入口采用DN50的法兰头链接，箱体内部采用DN50不锈钢带孔钢管环箱体内壁一周，既加快了热水循环的速度，又因为水的流动使阴极板表面的杂质更容易溶解和脱落。
该装置工作时，首先箱体内部注满清水，然后依次开启套管式换热器4，当水温被加热至70℃左右时，开启热水循环泵，使箱体内的热水能够加快循环，并使散热量与发热量基本平衡，使水温基本保持在75-80℃左右。
使用综合吊具从电积槽提出的整槽或半槽阴极板通过平台吊车吊至洗涤槽上方，并缓慢浸泡至烫洗槽中，热水在自身内压、温度及热水泵的作用下，残存在铜板表面的电积液及其他杂质快速溶解和脱落，使铜板在进入剥片机前得到充分的洗涤，尤其是杂质S的洗涤，产品表面质量得到了进一步提高。
停电3小时以上
停电1-3小时
Figure BDA0002263806520000052
停电1小时以内
另外由于阳极板正常情况下也存在铅皮逐渐脱落的问题，生产上应该安排1年2次的常规清槽，通过短路框架将目的槽短路进行陆续清槽。清槽时还应检查并疏通电积液补液分散管，清理管道内的塑料小球等杂物，保证管路的畅通。
关于阴极铜铁含量的控制，主要是控制阴极板打磨后板面的清洗质量，保证打磨后铁屑清洗干净，防止阴极板再次使用时直接进入阴极铜板，从而造成产品铁含量超标。
槽面管理和短路检查也是提高电积电效和产品质量的重要手段。首先要保证极板的对准，极板间距的均匀控制，其次要通过万用表检查槽电压是否在1.8-2.0V以内，或者用温度计检查导电衡量温度，正常的温度范围为45-50℃，不在以上范围则肯定存在短路或短路情况，需进行处理。
接触不良或短路导致的薄铜或碎铜由于满足A级铜产品质量要求，需降价或相应处理。因此，碎铜溶解槽就非常必要，可实现生产上少量薄铜或碎铜溶解，溶解后进入电积液从而直接进入再次电积工艺。
碎铜溶解槽装置结构简图图见图3，装置技术参数如下：
碎铜溶解槽结构主要包括空气入口7、溶液出口8、槽体9、孔板10、溶液入口11；
槽体9为长方形，可直接使用备用电积槽，长宽高分别为6900×1400×1650mm，既保证了有效容积，又使备用电积槽得到磨合使用。
孔板10采用不锈钢耐腐材质自行钻孔加工而成，主要作用是承载待处理的废铜并使溶液通过孔板进入槽底后流出。底部分别设置了3处托架，孔板10置于托架上，以保证足够的支撑能力。孔板10距离槽底300mm,既很好的保证了液体的流通性，又保证了槽体上部的储料空间。
溶液采用电积后液(电贫液)，含硫酸约为180-185g/l,能够满足废铜溶解的需要，利用电积车间高位差自流至废铜溶解装置内，取液方便，无需额外动力。溶液通过槽体9底部原放液口改装的溶液入口11进入，内部连接盘管，使溶液均匀进入，由下而上流动，保证废铜能够以较快速度进入到溶液中，含铜溶液液经溢流口2依靠地势差通过管道自流至地坑中的电积前液槽中，进入电积系统再电积。
约0.5Mpa的压缩空气通过DN25的管道经槽体上部的空气入口7进入到槽体内部，并延伸至槽底，采用与进液管平行的盘管设计，保证氧化均匀、充足。
该装置工作时，首先将废铜置于槽体内的隔板上，撒布均匀，然后打开溶液入口阀门使液体自下而上缓慢漫过废铜并充满槽体，槽体充满后溶液自溢流至电积前液槽中；其次，缓慢打开压缩空气阀门，使空气自下而上均匀的通入到槽体中，使溶液内部氧气充足，加快溶解速度。此时通过控制溶液入口及压缩空气入口的阀门开度来保持槽体内溶液的进出平衡，防止出现冒槽及流速缓慢等情况。
碎铜溶解槽装置结构简图图见图3，装置技术参数如下：
碎铜溶解槽结构包括空气入口7、溶液出口8、槽体9、孔板10、溶液入口11；槽体9为长方形，可直接使用备用电积槽，长宽高分别为6900×1400×1650mm，既保证了有效容积，又使备用电积槽得到磨合使用。
孔板10采用不锈钢耐腐材质自行钻孔加工而成，主要作用是承载待处理的废铜并使溶液通过孔板进入槽底后流出。底部分别设置了3处托架，孔板10置于托架上，以保证足够的支撑能力。孔板10距离槽底300mm,既很好的保证了液体的流通性，又保证了槽体上部的储料空间。空气入口7、溶液出口8位于碎铜溶液槽装置一侧，溶液入口11位于碎铜溶液槽装置另一侧。
溶液采用电积后液(电贫液)，含硫酸约为180-185g/l,能够满足废铜溶解的需要，利用电积车间高位差自流至废铜溶解装置内，取液方便，无需额外动力。溶液通过槽体9底部原放液口改装的溶液入口11进入，内部连接盘管，使溶液均匀进入，由下而上流动，保证废铜能够以较快速度进入到溶液中，含铜溶液液经溢流口依靠地势差通过管道自流至地坑中的电积前液槽中，进入电积系统再电积。
约0.5Mpa的压缩空气通过DN25的管道经槽体上部的空气入口7进入到槽体内部，并延伸至槽底，采用与进液管平行的盘管设计，保证氧化均匀、充足。
该装置工作时，首先将废铜置于槽体内的隔板上，撒布均匀，然后打开溶液入口阀门使液体自下而上缓慢漫过废铜并充满槽体，槽体充满后溶液自溢流至电积前液槽中；其次，缓慢打开压缩空气阀门，使空气自下而上均匀的通入到槽体中，使溶液内部氧气充足，加快溶解速度。此时通过控制溶液入口及压缩空气入口的阀门开度来保持槽体内溶液的进出平衡，防止出现冒槽及流速缓慢等情况。
实施例1.
出铜工艺采用1/2带电出铜法；外网断电时及时开启应急保槽整流器保槽；打磨阴极板清洗干净后入槽使用；阴极铜从吊装出槽时先用槽面水进行洗涤冲洗，然后将极板吊至烫洗装置(见附图2)，水温75-80℃进行2min烫洗，然后进入剥片机组洗涤剥铜。具体的工艺控制和阴极铜产品质量见表1.
表1：实施例1的操作条件和实验结果。
Figure BDA0002263806520000091
实施例2.
出铜工艺采用1/2带电出铜法；外网断电时阴阳极板长时间浸泡；打磨阴极板清洗干净后入槽使用；阴极铜从吊装出槽时先用槽面水进行洗涤冲洗，然后将极板吊至烫洗装置(见附图2)，水温75-80℃进行2min烫洗，然后进入剥片机组洗涤剥铜。具体的工艺控制和阴极铜产品质量见表2.
表2：实施例2的操作条件和实验结果。
Figure BDA0002263806520000092
实施例3.
出铜工艺采用1/3带电出铜法；外网断电时及时开启应急保槽整流器保槽；打磨阴极板清洗干净后入槽使用；阴极铜从吊装出槽时先用槽面水进行洗涤冲洗，不烫洗直接进剥片机组处理，具体的工艺控制和阴极铜产品质量见表3.
表3：实施例3的操作条件和实验结果。
Figure BDA0002263806520000101
实施例4.
出铜工艺采用1/2带电出铜法；外网断电时及时开启应急保槽整流器保槽；打磨阴极板不清洗直接入槽使用；阴极铜从吊装出槽时先用槽面水进行洗涤冲洗，然后将极板吊至烫洗装置(见附图2)，水温75-80℃进行2min烫洗，然后进入剥片机组洗涤剥铜。具体的工艺控制和阴极铜产品质量见表4.
表4：实施例4的操作条件和实验结果。
Figure BDA0002263806520000102

Claims (3)

1.一种提高电积法阴极铜产品质量的方法，其特征在于，电积液通过直流电积直接生产阴极铜，出铜工艺采用1/2或1/3出铜法，出铜时，阴极铜从吊装出槽时，先用槽面水进行洗涤冲洗，冲洗残留在阴极铜表面的电积液；然后将极板吊至阴极板烫洗装置，水温75-80℃进行烫洗，除去极板表面以及导电横梁上残留的少量电积液和油污，而后进入剥片机组进行高温高压水二次洗涤后进行铜板剥离；剥铜完成后阴极板再重装入槽前，需检查阴极板的垂直度，加边条的完好情况以及清理粘附的碎铜，阴极铜从吊装出槽到剥铜完成阴极板重装入槽的整个过程时间控制在15min；具体工艺参数为：
电积电流密度200-330A/m2；阴极流量2-3.5L/min/m2；电积液温度45-50℃；电贫液铜浓度35-38g/L，硫酸180-185g/L；铁浓度1.5-2.5g/L；Cl离子＜30ppm；锰离子＜30ppm，Fe2+/Mn＞10；有机物含量小于10ppm；硫酸钴浓度100-150ppm；电积液TSS小于1ppm；添加剂瓜尔胶为200-300g/t。
2.根据权利要求1所述的提高电积法阴极铜产品质量的方法，其特征在于，所述的阴极板烫洗装置包括不锈钢箱体(2)、隔板(3)、套管换热器(4)、循环水入口(1)、循环水出口(5)、排水口(6)，箱体(2)为长方形，采用不锈钢钢板焊接而成，与电积槽形状相同，箱体(2)地板采用斜面设计；套管换热器(4)设置在箱体(2)的底部，采用电加热高耐腐钛材换热器；加热区与洗涤区采用隔板(3)进行隔离保护，隔板(3)在距离箱底一定位置与箱体(2)的内壁段焊接为一体，将箱体(2)分为上下两部分，循环水出口(5)与循环水入口(4)分别置于箱体(2)底部加热区与箱体(2)上部洗涤区，对角布置；循环水出口(5)与一台热水泵相连接，经过泵将底部热水泵送至上部液面，热水泵出口与箱体(2)上部的循环水入口(1)连接，箱体(2)内部采用不锈钢带孔钢管环箱体内壁一周。
3.根据权利要求1所述的提高电积法阴极铜产品质量的方法，其特征在于，清理粘附的碎铜采用碎铜溶液槽装置，包括空气入口(7)、溶液出口(8)、槽体(9)、孔板(10)、溶液入口(11)；槽体(9)为长方形，孔板(10)采用不锈钢耐腐材质自行钻孔加工而成，孔板(10)置于碎铜溶液槽装置底部托架上，孔板(10)距离槽底一定距离,空气入口(7)、溶液出口(8)位于碎铜溶液槽装置一侧，溶液入口(11)位于碎铜溶液槽装置另一侧。
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