铜的电积.docx

铜的电积1.基本原理 电积使用不溶（惰性）阳极，在电积过程中所有沉积在阴极上的铜都来源于铜溶液，溶液铜浓度不断下降。电解和电积过程的阴极反应是一样的，可用下列方程表示：Cu2+2eCu但是，硫酸铜溶液电积过程，阳极反应是生成氧气：12OH-O2+H2O+2e2 电积的总槽电压在1.92.3V之间。槽电压乘以还原每吨铜所需的电量就是所消耗的直流电能，再考虑到整流的效率，电积It铜的电能耗约为20002700kWho 铜电积原来也都采用薄铜始极片作为阴极，20世纪80年代以来，澳大利亚蒙特阿沙矿业公司的电解铜厂首先直接使用不锈钢母板为阴极，十多年来许多铜电积厂也都纷纷应用于生产。现在都已采用变质Pb-Sn-Ca合金，各家成分略有出入，含Pb93%98%、锡1%2%、钙0.1%。在电解液中加入100200mg/L的钴离子可以和铅氧化物一起形成活化中心，有利于降低氧气析出的超电位。也有助于形成牢固的氧化物，减少含铅微粒。2.影响电能消耗的因素2.1 电解液成分 电解液成分对电导率有直接影响，反萃液一般含铜4050g/L，硫酸140170g/L，电阻率达0.6/cm，比可溶阳极电解液的0.2/cm高得多。 电解液中的某些离子参与电极反应，能引起额外的电能消耗。其中最主要的就是铁，Fe2+在阳极氧化成Fe3+，Fe3+扩散到阴极又还原为Fe2+，这样的反复的氧化-还原过程造成电流损耗。如某厂电解液含Fe33g/L、Fe2+4g/L，电流效率77%；而另一家厂电解液含Fe3+0.3g/L，Fe2+0.9g/L,电流效率大于90%。 如果料液中含有锰，经夹带进入电解液，能在阳极上氧化为高氧化态的锰，甚至高锰酸。当再与有机相接触时，能氧化萃取剂，生成具有表面活性的物质，延缓分相时间，导致乳化和加剧相间物的生成。如电解液中有亚铁离子就可能还原高价锰，避免对有机相的伤害。因此，许多厂在电解液中维持1L左右的总铁含量。 氯离子进入电解液也会产生不少问题，如腐蚀阳极板，甚至析出氯气，恶化车间环境，腐蚀设备。因此必须在萃取段严加控制，采取措施，降低有机相中的水相夹带量，甚至增加洗涤段等。电解液中的氯离子不应超过30mg/L。2.2杂散电流 电解车间中流动于铜电解之外的电流统称杂散电流。虽然在设计电解车间时已经采取了许多措施加强电解槽、导流排、泵等导体之间的绝缘，但是，如果绝缘体被电解液站污，仍可能导致漏电，产生杂散电流。 减少杂散电流的方法，一是在电路安排上采用两个回路，中间接地，降低总电位差。另外，在配置电解槽的给液管和回流管时，要根据槽列的电位图，将两者之间的电位差降到最低。3.影响铜质量的因素3.1 电解液中杂质的行为 经过溶剂萃取的电解液在组成上比可溶阳极电解液纯度高，特别是不含砷、锑、秘等杂质。而且，即使含有一些其他金属离子，如Fe3+、Fe2+，电极电位远在铜之上，在铜电积时不会析出影响铜的质量。 电解液中的悬浮粒子会对电积铜的质量造成很大危害。悬浮粒子的来源一是电解液过滤时跑滤过来的，也可能是电积时产生的铜或氧化铜微粒，或是来自空气中的浮尘。不过，最主要的来源往往是阳极。不溶阳极几乎都是铅合金，电积时表面氧化为硫酸铅或氧化铅，有时会脱落下来悬浮在溶液中，当迁移并吸附在阴极表面时，就形成了结晶中心，导致在铜板上生长出不同大小的铜颗粒。 分析表明，这种颗粒的杂质含量往往是基体铜板的几十到几百倍。而且，严重时，颗粒发育为树枝状，能导致极板之间的短路。3.2有机相的影响 经过与有机相接触的电解液不免含有微量有机相，当其含量达到一定量时，会引起阴极沉积的铜变色，尤以阴极板的上部为甚。这种黑巧克力色沉积物叫做“有机烧斑”。在有机烧斑区域内的沉积物性质脆弱且呈粉末状，并且在烧斑区域多半会发生杂质固体的严重夹带。 研究表明，有机烧斑是由萃取剂引起的，稀释剂影响不大。有些厂将电解液中的有机相浓度降至5mg/L以下，不过，如能控制在l0mg/L以下，一般也就不会出现有机烧斑现象了。3.3电积作业参数 典型的电解作业主要操作参数如下：同极距9.510.2cm，阴极表面电解液流速0.12m3/（hm2），槽温4046C。虽然许多厂的电流密度仍在190