电解液对阴极铜表面质量的影响
电解液对阴极铜表面质量的影响Ξ
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彭楚峰,何蔼平,李 坚,刘爱琴
蔬菜配送中心(昆明理工大学 材料与冶金工程学院,云南 昆明 650093)
摘 要:针对高镍铜阳极电解的特点,分析研究了电解液对阴极铜质量产生影响的因素,
提出了改善阴极铜质量的有关建议。
关键词:电解液;阴极铜;表面质量;高镍阳极铜
中图分类号:TF811 文献标识码:B 文章编号:1004-2660(2002)03-0008-04
Impact of Electrolyte in the Quality of Cathode C opper Surface
PE NG Chu-feng,HE Ai-ping,LI Jian,LI U Ai-qing
(Faculty of Materials and Metallurgical Engineering,
K unming University of Science and T echnology,K unming650093,China)
Abstract:According to the characteristics of high-nickel copper cathode electrolyzation,an anal2 ysis is made on the factors of the electrolyte that im pacts the surface quality of tough cathode,and s ome suggestions are put forward for im proving the quality of tough cathode.
K ey w ords:Electrolyte;tough cathode;surface quality;high-nickel cathode
1 电解液成分
111 高镍铜阳极电解液黄征
在铜电解生产过程中,电解液成分,因各厂的阳极成分、电流密度等电解技术条件不同而有所不同。
阳极铜镍含量偏高,阳极溶解时,镍溶解进入溶液,通常不易在阴极放电析出,而是逐渐集聚于电解液中,降低电解液中硫酸铜的溶解度,增加电解液的电阻、密度和粘度,不利于阳极泥的
沉降,也不利于铜离子的迁移。与此同时,阳极中的镍有约60%进入了阳极泥,使阳极泥率偏高。由于阳极泥污染,产出的电解铜含Ni,S都较高。镍的溶解与阳极含氧有很大关系,根据金相分析,阳极板中的氧主要以稳定的化合物状态存在,如:NiO,Cu2O,PbO及镍云母(6Cu2O?8NiO?2As2O5?6Cu2O?8NiO?2Sb2O3)等。在电解过程中,NiO和镍云母不溶于硫酸,而从阳极上脱落下来进入阳极泥,阳极泥含镍量可高达50%或更高。火法精炼处
第29卷第3期 有色金属设计 V ol.29N o.3 2002 NONFERROUS MET A LS DESIG N 2002 Ξ收稿日期:2002-04-28历届全运会
作者简介:彭楚峰(1975-),男,湖北人,硕士研究生,主要从事冶金方面的计算机模拟工作.
理含镍高的粗铜时,铜液粘度大,得不到外观平整的阳极板。阳极不溶性杂质含量高,一方面增加了阳极溶解的不均匀性,使阴、阳极间电力线分布不均;另一方面,电解液悬浮物含量偏高,增加了阴极长粒子的机会,影响电铜的质量。阳极铜含铜低,电解过程中,电解液含铜“贫化”。
当阳极含镍高时,由于生成由氧化亚镍组成的结构紧密的阳极泥外壳,经常出现“钝化”现象,阳
极电位、槽电压都升高,并使电流效率降低。在电解过程中,阳极溶解生成的Cu2+也会由于这些附着物的阻碍而使得向阴极的扩散变得困难,即阳极附近的Cu2+浓度增大,造成浓差极化,从而引起槽电压升高。
据有关资料表明,高镍阳极电解生产有2个特征:一是由于阳极板镍含量高,溶液中杂质离子增长速度快,万t铜电解生产每天所需抽液量达40～60m3;二是由于阳极主品位较低,阳极板上铜的溶解速度低于阴极板上铜的析出速度,电解液中铜离子会发生贫化现象。某厂电解液分析的结果见表1。
表1 某厂进出电解槽的电解液成分表
T ab.1 C omposition of E lectrolyte into and out
of E lectrolyzer
Cu2+Ni2+铜电解新液/(g?L-1)4112615120
铜电解后液/(g?L-1)3813914180
电解出液铜浓度小于进液铜浓度,电解液出现了贫化现象。电解液中含铜过低(当Cu2+浓度降低到10g/L以下时),会使阴极析出铜疏松、表面易长粒子,严重时甚至成粉末状并有杂质,如砷、锑、铋等析出的危险。所以,在一定范围内提高电解液的含铜量,可以使阴极沉积物致密。但超过一定的范围后,继续增加铜离子浓度,阴极的沉积物结晶变得粗糙,电解液的密度和粘度增大,阴极长粒子的机会增多。而且,由于阳极表面Cu2+浓度升高,可能会析出CuS O4?5H2O晶体粘附在阳极表面,使槽电压升高或在电解液循环过程中,温度降低时析出CuS O4?5H2O结晶,堵塞管道。一般控制Cu2+40～50g/L,最低37g/L,最高60g/L。112 添加剂的影响
在电解生产中,为使阴极平整致密,需加入添加剂,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影响着电铜的质量。目前,国内外常用的添加剂有:胶、硫脲、盐酸、干酪素和阿维同-A(Avitone-A)等。
目前,国内一些电铜质量较好的厂家通过多年的实践,认为干酪素在电解过程中并不起作用,故已停止使用。至于胶类添加剂,一般认为明胶更易控制其度数(即分子量大小),所以,云冶、金隆、贵冶等多采用明胶,有的厂很重视对不同度数明胶的配合使用。阿维同-A由国外进口,国内工厂较少采用。
手机如何录音另外,国内外铜电解厂,胶和硫脲的加入量差别很大,胶25～230g/tCu,硫脲30～90g/tCu。但如果阳极质量不是很好的厂家,其明胶和硫脲的加入量都比较高,通常都达到明胶100g/tCu,硫脲50g/tCu以上,有利于阴极沉积物致密、光滑。
2 电解液的酸度
由于电解液的电阻随酸度的增加而降低,随铜含量和杂质含量的增加而增大,故为了降低电耗,一般以采用高酸低铜的电解液组成较为有利。然而,电解液中含铜过低,会使阴极铜硫松,表面易长粒子,严重时甚至成粉末状并有杂质如砷、锑、铋等析出的危险。所以,在一定范围内,提高电解液的含铜量,可以使阴极沉积物致密,提高电铜质量。但超过一定的范围后,继续增加
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我爱你妈第3期 彭楚峰等:电解液对阴极铜表面质量的影响
前任3上映时间
铜离子浓度,不但会使阴极的沉积物结晶变得粗糙,而且会使电解液的比重和粘度增大,不利于阳极泥的沉降,并使阴极长粒子的机会增多。当然,增加电解液硫酸含量的同时会带来新的
问题:酸耗增大,提高相应设备防腐性能致使成本的提高。
某厂将电解液中硫酸的浓度提高至150 g/L±,提高酸度造成酸耗增加和电耗下降的问题可做如下讨论:
假定原酸耗为3kg/tCu,试验提高至4 kg/tCu,按每t酸400元计算,酸耗增加费用约为01001×400=014元。
根据实例,提高酸度后,槽电压平均下降约为0105V,相当于吨铜电耗下降约为(电效以97%计):1000×0105/(11186×0197)=43146kWh/tCu,按每度电014元计算,可节约17138元。由此,生产每t铜可节约17元左右,故适当提高酸度从经济上考虑也是合算的。
试验中实际控制电解液成分Cu2+45～55g/L,Ni2+15～18g/L,Cl-0102～0103g/ L,游离硫酸的浓度为143～158g/L,见表2。
表2 试验中实际控制的电解液成分表/(g?L-1) T ab.2 C omposition of E lectrolyte under the Actual
C ontrol of the T est
编号Cu2+Ni2+C l2-H2S O4
1461441613101028144166
2521991814701025157132
3471941713901014143116
4461441513501021132128
5541301812801021157186
6551431914301021163185
7501901712901025155116
中国酒泉网就某厂的电解生产情况来看,采用铜40～45g/L,游离硫酸浓度150～170g/L是比较合适的。3 电解液温度及循环量的影响
311 电解液温度
保持较高的电解温度有利于提高电铜质量。一方面,离子运动加速,使溶液浓度更均匀,可消除阴极附近铜离子的严重贫化,阴极结晶致密,减少了阳极泥的污染,大幅度提高Cu2+溶解度,有效防止阳极钝化,降低电解液的粘度,有利于阳极泥的脱落、凝聚、沉淀,加快阳极板毛面氧化物溶解速度,防止阳极钝化,加速电解液中硫脲的分解,降低了硫脲使电铜含S增加的可能性,并使悬浮阳极泥加快凝聚沉降,减少了元素电铜的硫含量,另一方面,过高的电解液温度使蒸气消耗和热损失增加,恶化了操作环境。
高镍阳极生产实践表明,电解液温度也是影响阴极铜Ni,S含量的主要因素之一。实践证明,在其它技术条件大体相同的情况下,提高电解液温度,阴极铜的品级率明显上升。然而,也应考虑到温度过高,胶的降解明显加快,从而增加胶的消耗。对高镍铜电解,电解液温度控制在61～65℃之间是适宜的。
312 电解液的循环方式
通常的循环方式有上进下出和下进上出2种。前者有利于阳极泥的沉降而防止阳极泥粘附于阴极上,电解温度比较均匀,但漂浮阳极泥为出液隔板所阻不易排出槽外;后者电解液流动方向和阳极泥的沉降方向相反,能促使含硫酸铜较多、比重较大的下层溶液与整个电解液充分
混合,但在电解液入口处更易冲起阳极泥,增大了贵金属的损失。当阳极中贵金属含量高时,要选用较低的电流密度和循环速度,并采用较大的极距。
某厂高镍阳极电解,在220A/m2的电流密度下,采用上进下出的循环方式、25～30L/min的循环速度,既可减少浓差极化,
