防范铜电解精炼中电力中断的方法

摘要

本发明涉及防范铜电解精炼中电力中断的方法。在借助于PC方法的铜电解精炼方法中，将稳定电流从安装在电解精炼厂中的主整流器13传导到电解池10。当计划中断电力时，电流被适度地减小，接着低电流从在电解精炼厂中附加安装的辅助整流器12被传导到电解池10，直至恢复正常电流水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜电解精炼方法，特别是涉及在使用永久性阴极(以下称 为“PC”)的电解铜精炼中电力中断的防范方法。

背景技术

本申请/人曾在NIKKO SMELTING & REFINING CO.LTD.HITACHI REFINERERY(以下称为“日立精炼厂(Hitachi Refinery”)中通过使用始极片 (starting sheet)的常规方法生产电解铜。但是，通过传统方法很难同时获得高 产率和优良质量。在这样的情况下，本申请人引入了使用PC的电解方法，用来 克服这些困难并且还极大改进了阴极板的悬浮特性。

在PC方法引入之后，当前的效率从传统效率、即约94％增加至98％。电 解能力也从182000吨/每年增长到210000吨/每年。

在日本首次引入PC方法的日立精炼厂继续进行几乎无问题的操作。在日 立精炼厂中所实施的PC方法是ISA(Isa工艺)型，其中不使用掩模材料(蜡)。 在阴极板的侧面形成包含树脂类材料的边沿衬条保护器(edge strip protector)， 在底部设置V型凹槽。边沿衬条保护器和V型凹槽有助于将电解沉积的铜从阴 极有效剥离。

电流通过日立精炼厂的37kA/150V、37kA/90V和37kA/30V三个整流器被 传导到644个电解池，在每个电解池中安装有56个阴极。因此，铜电解精炼厂 的一个典型特征就是，在多个电解池中金属的大规模生产，其中大电流被传导 至所述电解池。

日本未经审查的专利出版物(kokai)2006-265699公开了PC方法中所使用 的边沿衬条和阴极板之间增强的的粘附力。但是，这个出版物没有提及铜电解 精炼厂中电力中断的任何防范方法。

发明内容

因为电解铜精炼厂的电变压器每年都被维护，所以电力大约每年被切断一 次。中断持续8到12小时。另外，为了构建导体和导管和也为了维护电解池， 一年可能实施几次约8小时的电力中断。

参照图1，图示说明了在底部设有V型凹槽1a的阴极板1。如图1中所示， 当电力供应中断后重新开始电流传导时，电沉积的铜3层压在电解铜2上，其 中在电被切断前所述电解铜2已经沉积在阴极板1上。图2说明了未发生电力 中断的情况，图3说明了发生电力中断的情况。两个图都示出被电沉积并然后 被剥离的铜片的下端部分。在图2中，在电沉积的铜2上在对应于V型凹槽1a (图1)的位置处形成了裂缝2a。因此，电沉积的铜2会破裂并被分为两半， 其中心位于V型凹槽1a处。在图3中，在电流流动重新开始后电沉积的铜3(以 下称为第二电解铜)是以薄膜的形式并且被沉积于在电力中断前已电沉积的铜2 (以下称为第一电解铜)上。当电沉积的铜被剥离时，尽管第一和第二电解铜2 和3分别作为整体被弯曲，但是在V型凹槽1a附近，薄膜形式的第二电解铜3 从第一电解铜2剥离。第二电解铜3仅仅剥离但不破裂。因此电沉积的铜分为 两半是极其困难的。电沉积的铜的剥离导致电解精炼厂生产力下降。

电力中断(例如每年一次的电力中断)在使用永久性阴极(PC)的电解铜 精炼厂中预先被计划。当电流流动在电力中断后重新开始时，铜以薄膜的形式 被电沉积于在电力中断前就已沉积的铜上。

本发明的目的是：尽可能地消除由于电力中断后薄膜形式的电解铜沉积而 导致的剥离困难。

根据本发明的目的，提供一种借助于PC方法的铜电解精炼方法，其特征 在于：当计划中断电力时，使通过持久地安装在电解精炼厂中的主整流器而引 导到电解池的稳定电流适度地减小，接着将低电流从附加地安装在电解精炼厂 中的辅助整流器传导到电解池，直至电力中断恢复为止。下文把“直至电力中 断恢复为止低电流传导”称为初步电流传导(preliminary current conduction)。下 文对本发明进行详细描述。

优选实施例的描述

铜电解精炼在阴极表面的约250至320A/m²范围内的电流密度下进行。这 是稳定电流传导。当电力中断时，因为电解池的电流密度突然减少至零，电解 铜(第一电解铜)就暴露于基于硫酸的电解液8到12小时。当稳定电流传导重 新开始时，电解铜(第二电解铜)沉积并层压在第一电解铜上。对层压的第一 和第二电解铜的横截面结构的观察显示出沿着第一和第二电解铜的分界面所形 成的条纹式图案，由于电力中断而产生所述图案。当停电持续时间越长，条纹 就变得越明显。已表明，当在电力中断后晶体生长重新开始时，生长的晶体是 不均匀的，使得形成条纹状裂纹。

顺便提及的是，在未预知或者意外的电力中断的情况下，在最长大约4个 小时后可以被恢复。在该情况下电解铜的剥离没有受到特别的阻碍。

本发明人提议通过辅助电源来运行辅助整流器12(图4)，所述辅助电源例 如被具体化为发电机(没有示出)。这里的“低电流”指示电流密度，在该电流密 度下实际上不发生电解沉积。优选以10至40A/m²的电流密度从辅助整流器2 初步地传导低电流。但是令人惊奇的是，这种低电流传导有效于重新开始均质 晶体生长同时从本质上防止条纹状瑕疵的形成。当电力供应重新开始时，主整 流器13被运行，并且晶体生长以以下方式发生，即条纹状瑕疵变得较不明显。

当在电解厂中计划暂时中断电力时，正好在电力被切断前电流密度必须通 过控制器15(图4)适度地减小。电流密度从稳定水平减小到初步水平。在本 发明中，“适度地”指的是通过控制器15的电流密度变化的速度比由于电力中断 造成的突然降为零的电流密度变化的速度基本上要慢。另外，“适度的”变化尽 可能慢，因为电力技术能够允许控制。尤其，优选的是，稳定电流密度减小为 初步电流密度约两小时。在电力恢复后，检查电极的诸如相互距离之类的参数， 随后电流密度被恢复到稳定水平。恢复时间不受特别限制，但是优选地约为两 小时。然后电解铜的生产开始。

以下是本发明的一些实施例。

(1)根据权利要求1的方法，其中初步电流传导的电流密度大约为10 至40A/m²。

(2)根据权利要求1或者上述(1)的方法，其中初步电流传导被实施 8到12小时。

(3)根据权利要求1、上述项(1)或者(2)的方法，其中电流密度从 稳定电流传导的电流密度减小为初步电流传导的电流密度约1至3小时。

(4)根据权利要求1、项(1)、(2)或者(3)的方法，其中电解液在 初步电流传导期间被循环。

本发明获得以下优点。

根据本发明，有可能避免在电解铜精炼厂中电力中断后电解铜难以从阴极 剥离的问题。本发明的优点根据日立精炼厂的实际操作结果被进一步描述。然 而，显然如果在任何其它电解厂中实施本发明，都将获得本发明的优点。

(1)生产力

当电解铜以薄膜的形式被沉积时，电解铜板的剥离需要比普通的无膜电解 铜剥离所需时间长2至5倍。通过本发明能避免或者减轻这种问题。

(2)铜始极板的质量

薄膜形式的电解铜沉积可以被抑制。电解铜的外观是可接受的。

附图说明

图1用示意图举例说明了始极片的生产。电力被中断使得在中断前和中断 后不同的铜层生长。

图2举例说明了始极片从母板上剥离。

图3举例说明了除了电力被中断外，与图2中所示的相似的剥离情况。

图4是具有永久性安装的整流器和附加地安装的辅助整流器的电解厂的示 意图。

图5显示了比较实例中铜的金属结构。

图6是显示实例中电流变化的图表。

图7显示了实例中铜的金属结构。

实例

比较实例

在具有上述三个整流器的日立精炼厂中的铜电解精炼中，计划并实际上实 施12小时功率切断。电沉积的铜板被允许暴露于无循环的电解液中。在电力恢 复后，稳定电流传导被重新启动。因此，稳定电流传导被执行了两次。电解铜 片横截面的金属结构如在图5中所示。条纹形式的瑕疵在功率切断前和切断后 所沉积的电解铜层的分界面处形成。

实例

在日立精炼厂中安装了辅助整流器。如在比较实例中那样计划并且执行12 小时功率切断。来自主整流器的电流密度被减小，如图6所示。实际电力中断 时间为10小时。初步电流传导以10A/m²被实施10小时。在初步电流传导之前 和之后，关断整流器，并且改变电流密度。所得的电解铜的金属结构如图7中 所示。在本发明中条纹状瑕疵比在比较方法中所产生的那些条纹来说是很不明 显的。

工业适用性

因为当前铜的供应和需求已是紧迫的，通过本发明所达到的改进的生产力 对于铜熔炼工业是有利的。当经济情况变化使得对于铜的供应和需求要求变得 较容易满足时，可以彻底地执行电解厂的维护。本发明对类似情况也是有利的。