摘要：简要阐述了江铜集团贵溪冶炼厂不断创新铜材深加工的工艺技术，以满足客户对阴极铜产品质量提出的更高要求。通过优化始极片压纹装置，增设机组切边机和洗涤装置等措施，解决了阴极铜的表面附酸、表面粒子、物理合格率等铜冶炼行业共性问题，提高了贵溪冶炼厂阴极铜表面的质量。

　　关键词：阴极铜外观质量；物理合格率；贴标率；压纹装置；切边机；洗涤装置

　　江铜集团贵溪冶炼厂(以下简称贵冶)三期工程建成投产后，是我国技术最先进、世界铜冶炼单产规模最大的现代化炼铜厂，贵冶电解车间已实现年产100万吨阴极铜规模，产品阴极铜远销国内外，为不同客户提供优质产品，产品质量受到客户一致好评。

　　贵冶铜电解车间一期工程于1985年建成投产，采用传统法电解工艺，设计产能为年产阴极铜35万吨。随着电解铜市场的发展，铜材深加工工艺技术的不断创新，电铜用户对阴极铜产品质量提出更高要求。根据《中华人民共和国国家标准GB/T 467—2010》第3.4.2条——A级阴极铜表面(包括吊耳部分)的污染物总面积应不大于单面面积的1%。江铜贵溪冶炼厂根据国家标准，为满足高端客户需求，我厂自2018年开始修改了阴极铜物理合格率标准，对阴极铜物理合格率提出了新的要求，即：降低阴极铜吊耳、板面、底部附酸、表面粒子等。而电解一系列现有的加工工艺，特别是高杂质阳极原料的复杂变化，已经难以满足市场提出的新要求。为进一步提升传统法阴极铜外观质量，提高应对复杂原料造成阴极铜质量适应能力，稳定“贵冶牌”阴极铜在市场上的竞争力，维护公司在行业中的领先地位，贵冶电解车间针对不同的影响阴极铜外观质量主要因素，采取了相应的解决措施。

　　1影响阴极铜外观的主要原因

　　1.1表面附酸

　　1.1.1吊耳附酸

　　传统法铜电解精炼通常包括：阳极加工、始极片制作、电解、净液及阳极泥处理等工序。所用的电解液均为硫酸和硫酸铜组成的水溶液。始极片从母板上剥离下来后，经整平、压纹、铆耳等加工后作为生产所用的阴极装入电解槽内进行电解。阴极铜出槽后进入洗涤机组，冲洗铜板面的电解液粘合物，再将导电棒进行抽取，使其与阴极铜分离。为了确保吊耳的强度，防止同一液位时间过长造成吊耳腐蚀断裂，生产过程中将进行不同的液位提放来确保吊耳质量，由于电解液长时间停留在阴极铜上口，造成上口硫酸铜结晶，特别是吊耳三层叠加的“V”型槽间隙内最为严重。在机组行走洗涤过程中洗涤水很难对其进行大量冲洗，导致在导电棒抽取和阴极铜分离倾倒后，吊耳内的电解液流出，并粘附在吊耳部位置，残酸风干后形成“铜绿”附酸现象。

　　1.1.2板面附酸

　　传统方法的阴极铜洗涤水箱分液位线、吊耳和板面三个清洗区域，两个水箱同时抽取相同的水质，采用内循环对阴极铜表面进行洗涤。因阴极铜表面粘附电解液，在洗涤水重复循环使用的过程中，ph值会逐步降低，造成阴极铜表面ph值也在逐步降低，风干后或潮湿空气易出现少量硫酸铜结晶，形成板面附酸现象。加上近年来随着国内外产业升级的步伐逐渐加速，我厂开始大批引进外购阳极，各厂商生产的阳极化学成分都存在差异，当贵冶电解的技术条件与之不相适应或工艺控制调整不及时，部分外购阳极生产出的阴极铜表面会出现结构粗糙、疏松的现象，这不仅影响阴极铜的物理外观质量，还使阴极铜表面因结构粗糙、疏松而容易夹杂电解液，增加洗涤难度，使得阴极铜表面洗涤风干后形成“铜绿”附酸现象进一步加剧。

　　1.2底部凸瘤

　　在常规的电铜生产中，用于生产始极片的阴极板称为种板或母板。国内外电解铜工厂所使用的种板材质各有不同，经历了从铜种板向不锈钢种板、钛种板发展的趋势。由于工艺问题，种板夹边条长期浸泡在电解液中，表面形成结垢，结垢中导电物质的表面在电解过程中出现电流“爬坡”析出铜，形成边缘粒子，生产出的始极片会形成边缘粒子。作为阴极使用的始极片始终难以消除肥边这一现象，在电解过程中，电力线在阴极表面分布的疏密均匀程度是决定阴极表面上沉积铜原子厚薄均匀程度的主要因素。当电极板与电解槽底部、边部和液面存在距离时，电极板的边缘或尖端处就会积聚过多的电力线，这种现象称为“边缘效应”或“尖端效应”。随着电解过程的进行，阳极面积不断缩小，阴极面积稍有增大，其相对的面积不断地发生变化，对阴极两侧长凸瘤的现象将有所改善，但在阳极电解溶解的过程中，阳极泥在沉降时极易与种板夹边条粘附，造成电铜底部凸瘤问题，不仅影响了阴极铜的外观，还会造成贵金属损失问题，其内部附着的电解液也增加了洗涤难度。

　　1.3板面粒子

　　铜电解精炼生产过程中，造成阴极铜表面和边缘生长粒子的原因很多，而表面粒子存在夹带杂质的风险，将直接影响阴极铜的质量。严重时整个阴极铜板面都长满粒子，不仅造成电解能耗的上升，还给生产的正常运行造成很大的威胁。因此，分析阴极铜粒子的生成原因，找出长粒子的规律，才能更好地加以控制，保证良好的生产条件。

　　1.3.1纹路粒子

　　传统法阴极铜的生产使用始极片作为阴极，始极片为纯铜薄片，一般尺寸为：宽1000±5×长1020±5×厚0.9±0.05mm，在装入电解槽前需要在始极片加工机组中经过矫平、压纹、穿棒铆耳等工序。其中压纹工序的作用是将矫平后的始极片进行压纹定型，消除应力，提高刚度，保证垂直度与稳定性。

　　其纹路的深浅是由压纹辊的间隙决定的。压纹辊纹路较窄，凸轮外形尺寸与始极片外观尺寸不匹配，始极片压纹后纹路的深浅浮动较大。一旦压纹过深，纹路凸出的部位更加接近阳极，这就导致在电解过程中，纹路凸出的部位局部电流过高，单位时间内在阴极上放电析出的铜量亦随之增加。最终，在阴极铜纹路上形成“纹路粒子”。

　　1.3.2局部粒子

　　极间距的偏差是造成阴极铜长局部粒子的重要原因之一。一是装槽操作过程中由于操作不当，可能造成阴、阳极没有对正或极间距不均匀的现象，使得阴极距相邻两块阳极的距离不等，引起阴极两面电流密度不均。距阳极较近的一面阴极板面长凸瘤，特别是在电解过程中，阳极表面的氧化亚铜或阳极泥沉降时更加容易与粘附在与阳极近的一面阴极底部表面，成为结晶中心，产生表面粒子，而另一边则偏离阳极太远而析出太薄。二是阴极和阳极的板面垂直距离不一极间距不均匀的现象，极间距近的部位电流分布过大、电力线集中，长出密集细小的圆粒子，最终形成了“局部粒子”。近年来随着贵冶产能的不断扩充，阳极铜来源日趋复杂，而各个厂家铸造工艺、模具等差异直接反映在铜阳极的重心发生了偏移现象。当阳极杂质含量高时，阴、阳极的极间距出现不均匀，更加剧了阳极泥粘附阴极长局部粒子的机会。

　　2优化措施

　　2.1洗涤水分类循环

　　在原三个清洗区域的基础上再增加洗涤室前段和后段两清洗区域。在洗涤室入口处增设了6对预洗并增设了万向可调式吊耳内洗喷嘴，用于清洗吊耳内部专项洗涤；将原先三个清洗区域洗涤喷嘴由固定式改为万向可调式，并将喷嘴改为柱状喷射，用于强化洗涤效果；在洗涤室后段安装导电棒抽取后专项吊耳洗涤喷嘴和高压气体“风刀”风干装置，避免吊耳内部残留水含酸和液位线结垢造成铜绿。

　　对洗涤水进行了DCS改造，每清洗70块阴极，水箱将自动抽水直到水位降到1m，在自动进行补水。为解决末端洗涤水含酸过高的问题，将洗涤水箱进行分类为清水箱与污水箱。清水箱洗涤水可以以溢流的方式补充至污水箱，而污水箱的水无法污染清水箱。将洗涤管道进行改造，清水箱洗涤水专供末端洗涤，成功降低了末端洗涤水的含酸值。最后将生产系统换热器冷凝水收集在洗涤出口处对阴极铜进行整体冲洗。该系统装置采用PLC控制，实现对洗涤水箱内的储水恒液位、恒水温，且具有自动补水、动态换水及流量统计的功能，避免残留水含酸造成铜绿，能有效的提高电铜的洗涤质量。

　　2.2增设切边机装置

　　针对始极片生产工艺导致底部肥边，造成电解后底部长出凸瘤现象。为彻底解决这一问题，选择在始极片加工机组增设一台切边装置。当始极片进入机组后对其底边进行切除，有效地消除了底部肥边的情况，有效减少了阳极泥沉降时产生堆积的条件，从而产生阴极铜底部凸瘤问题。

　　2.3重新设计压纹辊

　　目前铜冶炼行业始极片压纹装置均为辊压式，通过调研，国内电解厂铜始极片垂直度达到10mm~12mm左右，我厂目前始极片垂直度基本稳定在10.5 mm左右。辊压式通常由多组压纹辊构成，每组压纹辊上安装多对相互啮合的凹轮和凸轮。始极片进入压纹装置后，利用凹轮和凸轮的啮合挤压作用，压出多条正反相隔平行条纹来增加始极片的刚度。压纹宽度、压纹深度、压纹辊间隙是影响始极片压纹定形质量的关键因素。

　　通过现场试验和查询资料验证，对薄形板材进行压纹时，纹路处的形变为弹塑性弯曲。在外力作用下，板材由弹性变形阶段过渡到塑性变形阶段，主要取决于板材的力学性能和所受的应力状态。板材本身的力学性能是决定塑性变形的内部条件，而所受的应力状态则是板材塑性变形的外因。当外力卸载之后，塑性变形部分保留了下来使得板材成形，弹性变形部分则又恢复到了原来的状态，但经过压纹后，塑性变形产生的应力释放后必然会引起始极片的变形翘曲。根据弹性力学的研究结果和板材发生翘曲的力学条件，总结出板材厚度越大，杨氏模量越大，越难以翘曲，即垂直度会更好。因此，适当增加板材厚度或改变添加剂比例，提高杨氏模量，可以一定程度提升垂直度。翘曲包括：横弯和纵弯，由实验可知，板材主要是横弯。横弯是板材纤维存在横弯曲，主要由存在于板材内部沿厚度方向不均匀分布的横向内应力产生。不均匀分布的横向内应力则是由压纹产生的，这无法避免。因此解决办法是在内应力产生后快速大量的消除此应力。

　　经过查阅资料和现场实验，认为压纹宽度、压纹深度、压纹方式对板材的整形效果影响较大。压纹越深、纹路宽度越窄，板材刚性越好，但应力集中增多，变形翘曲增大，垂直度也会下降。压纹方式主要有中间到两边、两边到中间与交错方式等，数据表明，从中间到两边的压纹方式在此三种压纹方式中能得到最佳的垂直度。

　　窄纹压纹后，板材中未压纹的区域占整个板面的比例较大，仍有大部分的区域只发生了弹性变形，材料牵扯严重，造成了板面变形不均匀，不符合变形均匀性的原则，在压纹的位置出现了一种凸模顶端圆弧现象。但发现加大压纹纹路的宽度可避免这种现象的出现，且变形均匀，符合变形均匀性的原则。同时现有压榨纹工艺产生的应力集中相对较大且难以快速大量释放，导致随着应力缓慢释放，板材垂直度下降。而压宽纹则可使应力快速释放。

　　通过理论研究，我们得出的研发方向是：适当的宽纹路、浅纹路能较好且快速地消除压纹应力，提高板材的刚性。为此，我们在消除应力的情况下能够确保整体纹路浅而均匀，将压纹辊宽度增大20mm，高度减少0.5mm，使得压出的纹路能有效地消除始极片应力，确保整体纹路浅而均匀，有效降低了压纹深浅的波动性，使得纹路深浅一致，有效缓解了压纹过深产生纹路粒子的现象。

　　2.4增设校平辊压缩风吹扫

　　垂直度是位置公差，用来评价直线之间、平面之间的垂直状态，其中一个直线或平面是评价基准，电解阴极始极片垂直度为0mm时是理想状态。阴极始极片在两块阳极的正中间，电流能均匀通过始极片，铜离子通过电解液在始极片上均匀析出，阴极铜结晶细腻，阳极泥自然沉降到电解槽底部，阴极铜板面平整。始极片垂直度为10mm时。始极片有一部分不在两块阳极的正中间，离阳极最近距离20mm，由于极距的缩小，正负极距离近，靠近处放电更强，始极片结晶颗粒大，局部结晶粗糙，加上尖端放电最强，粗造结晶快速发育形成密集型粒子，部分阳极泥会落到始极片凸起的处，进一步加大密集型粒子的形成，从而影响阴极铜物理规格。而电解阴极始极片加工机组的校平辊是确保始极片垂直度的重要部件，校平辊的精度好坏将直接影响始极片的加工垂直度，由上可知，始极片垂直度的好坏直接影响阴极铜质量，垂直度值越大，阴极铜质量越差，基于此原因，我们一直在研究如何提高始极片垂直度。

　　长时间的作业，始极片上附着的铜粉以及金属粉末会在校平辊处堆积，由于作业面较窄，无法及时有效清理,加剧了精校平辊的磨损或挤压变形，直接影响电解阴极始极片的垂直度。增设压缩风吹扫，从校平辊的工艺改进着手。在校平辊增设压缩风吹扫管道，对校平辊进行周期性吹扫，消除铜粉堆积情况，确保校平辊水平精度，提高使用寿命，为稳定始极片垂直度奠定了良好基础，减少了阴极铜局部粒子的产生，确保了阴极铜物理外观质量。

　　2.5增加阳极物料在线检测装置

　　江铜贵冶电解车间阳极整形机组是1985年从日本住友引进的五条机组生产线之一,它的主要功能是装槽前对阳极板进行板面压平、耳部校正、耳部导电部位铣削、排距。阳极加工质量的好坏直接影响到传统法阴极铜的质量与电能消耗。而随着江铜产能的不断升级，各类外购阳极的品类间也存在着外形差异，为进一步确保阳极加工质量，提高阳极垂直度，特增设阳极在线物料外形检测装置，为生产中阴、阳极的极间距稳定性创造良好的基础，从而减少阴极铜极面粒子，确保阴极铜质量。

　　2.5.1增设阳极称重装置

　　在阳极加工机组输入台车整体框架吊钩处安装了两只传感器，传感器与框架和吊钩之间通过L型工装固定连接，两只传感器通过接线盒连接至中控台。当阳极铜板上挂钩时，会给受力端一个拉力，此时，传感器产生一定的形变位移，从而输出一个电信号，电信号经过称重控制仪表软件转换成每块铜板的重量，通过网口接口上传到PC电脑中，电脑上安装数据管理软件，可以对称重的阳极铜板进行数据分析管理，帮助改善了生产工艺控制。

　　2.5.2增加阳极厚度检测装置

　　在阳极加工机组内安装高精度激光位移传感器，对每一块上机的阳极耳部和板面厚度尺寸进行检测，并将检测的数据通过网口接口上传到PC电脑中，电脑上安装数据管理软件，可以对上机的阳极铜板进行厚度和阳极锥度数据分析，并根据检测数据的分析结果达到随时调整阳极铣削角度的目的，自主设计了一种可调节的固定板，通过对固定板角度进行调节，能够根据阳极物理规格要求调节阳极铣耳角度，达到提高阳极加工垂直度目的，这一设计成功解决了阳极垂直度偏差和部分阳极耳部铣削合格率低的技术性难题。

　　2.6实施效果

　　采取以上措施后，阴极铜的外观明显改善，解决了传统法阴极铜长纹路粒子和局部粒子的难题，通过厂质量计量部的数据反馈，该项目实施后，能有效地消除传统法阴极铜长纹路粒子和局部粒子，阴极铜的外观明显改善，物理规格合格率由去年的94.24%上升至94.62%。

　　3结语

　　通过对传统法电解机组设备的优化，采取始极片加工机组增设底边切边装置、压纹辊改进和校平辊压缩风吹扫，确保了装槽的阴极板面平整，无飞边毛刺，阳极在线检测及调整的投入使用，对改善阴极铜底部凸瘤和局部密集型粒子现象有直接作用。洗涤系统的改进全面提高了阴极铜表面的洗涤质量，减少了表面附酸现象。特别是吊耳专项洗涤装置和冷凝水的末端洗涤方式，不仅解决了国内外传统法阴极铜吊耳部附酸的共性问题，还减少了水的排放量，节约了洗涤水加热的蒸汽消耗量，稳定了贵冶阴极铜表面质量。