铜的电解精炼ppt课件

第十节铜的电解精炼、第一、第一、铜的电解精炼的概要、铜的火法精炼一般能生产含铜的99.0%99.8%的粗铜制品。 铜的电解精炼是将通过火法精炼的铜浇铸到阳极板，将纯铜的薄片制成阴极板，放入电解槽，将硫酸铜和硫酸的水溶液制成电解液，在直流的作用下，阳极上的铜和电位为负的贱金属溶解，进入溶液，贵金属和一部分金属(例如硒、碲)不溶解，成为阳极泥沉入电解槽底。 2、电解精炼的目的是： (1)减少铜中的杂质含量，提高铜的性能，满足各种应用的要求；(2)回收其中的有价金属，特别是贵金属和稀金属。 电解中，溶液中的铜优先在阴极上析出，其他电位为负的贱金属不能在阴极上析出，残留在电解液中，除去直到电解液定期被净化为止。 这样，在阴极上析出的金属铜纯度高，被称为阴极铜或电解铜，简称为氧化铜。 3、表10.1粗铜火法精炼的主要技术经济指标，电铜按纯度分为1号铜(Cu99.95% )、2号铜(Cu99.9% )、3号铜(Cu99.7% )、4号铜(Cu99.5% )。 其中一号铜的标准如表10.1所示。4、含有贵金属、硒、碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的副产品另外处理，从那里回收金、银、硒、碲等元素。 电解液中蓄积的贱金属杂质阻碍了电解过程的正常进行。 例如，增加电解液的电阻和密度，减慢阳极泥的沉降速度，在阴极与铜一起放电，影响阴极铜的品质。 必须定期定量提取净化，相应地给电解液补充新的水和硫酸。 提取的电解液在净化过程中，以硫酸盐的形式生产其中的铜、镍等有价元素，硫酸多回到电解系统再利用。 5、铜电解生产现场，6，2、铜电解工艺的理论基础，传统的铜电解精炼使用单纯的电解铜箔作为阴极，阳极铜板中含有少量杂质(一般为0.3%1.5% )。 电解液主要是含有游离硫酸的硫酸铜溶液。 电解精炼过程如图10.1所示。 1、铜电解过程的电极反应、7、图10.1铜电解精炼过程的示意图1 .阳极、2 .阴极、3 .导电棒、4.CuSO4和H2SO4的水溶液、8、(1)阳极反应在阳极进行铜和杂质的氧化反应。 式中的m 是Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负的元素。 因为这些元素在铜中的含量低，其电极电位更负，所以优先溶解于电解液中，同时铜也持续溶解于电解液中。 水和硫酸根离子的氧化电位比铜多得多，其反应不进行。 金、银、铂族金属的电位被校正，被氧化而不加入电解液，最后被加入阳极泥。 在(9)、(2)阴极反应阴极中进行铜的还原反应。 氢的标准电极电位比铜负，铜阴极的超电位使氢的电极电位更负，因此在通常的电解条件下不析出氢。 电极电位比铜负的元素也不能在阴极上析出。 10、3.Cu的形成及其影响铜在电解过程中能氧化成Cu和Cu2两种离子：平衡状态：此时平衡常数k的数据如表10.1所示。 根据表10.1温度平衡反应的平衡数据，11，平衡时的Cu浓度小，其值随着温度的升高而变大。 Cu在电解中会发生以下两种负反应。 (1)Cu不稳定，容易氧化。 Cu2SO4 1/2O2 H2SO4=2CuSO4 H2O这个反应的进行不断地消耗H2SO4，并且使反应2Cu=Cu2 Cu向左进行，生成Cu以恢复平衡。12、(2)cu2的浓度和温度降低时，Cu饱和，进行分解反应。 Cu2SO4=CuSO4 Cu的结果显示，铜进入阳极泥，减少了阳极泥中贵金属元素的含量，增加了电解液中Cu2的浓度。 4 .铜的化学溶解在电解中在电极和电解液界面发生铜的化学溶解，电解液表面的接触部的阳极容易切断，电解液中的Cu2的浓度增加。Cu 1/2O2 H2SO4=CuSO4 H2O，13，5 .电解中杂质的行为根据电解时的行为，阳极上的杂质可分为4种：第一类：以正电性金属和化合物的形式存在的元素。 Au、Ag、铂族金属是正电性金属，进入阳极泥。 少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，若存在少量的cl，则形成AgCl进入阳极泥。 o、s、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形式进入阳极泥。14、第二类：在电解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。 Pb在溶解时形成PbSO4沉淀，再氧化成PbO2复盖在阳极上，使槽电压上升。 Sn加入电解液，氧化成4价，4价硫酸锡水解成碱硫酸锡，进入阳极泥。 snso 41/2 o2h2so4=sn (so4)2h2o sn (so4)2h2o=sn (oh )2so4so 4沉淀时吸附As、Sb的化合物，虽然有利于电解，但多附着在阴极上，使阴极的质量降低。15、第三类：负金属Ni、Fe、Zn。 Fe和Zn溶解于电解液中，Ni溶解于电解液中，但NiO和镍云母等不溶性化合物容易在阳极表面形成不溶性薄膜，使槽电压上升，甚至引起阳极的钝化。16、第四类：电位接近铜的As、Sb、Bi。 电解时在阴极上放电析出。 容易形成SbAsO4和BiAsO4等悬浮阳极泥，机械地附着在阴极上，影响阴极的品质，而且会引起循环配管的接合壳，因此需要经常打扫。 其中，Sb进入阴极的量比As多，因此损失比As大。17、Cu2浓度： Cu2浓度不足，阴极容易析出杂质，但是，Cu2浓度过高时，电解液的电阻变大，阴极表面容易形成CuSO45H2O结晶。 通常是4045g/l。 H2SO4浓度：硫酸提高了溶液的导电性，但降低了电解液中的CuSO4溶解度。 通常是180200g/l。 三、铜电解过程的重要技术参数，18，3 .电解液温度：适当提高温度有利于Cu2的扩散，使电解液成分更均匀，但过高会增加铜的化学溶解和电解液的蒸发。 通常为5560。 4 .电解液的循环：为了减小电解液组成的浓度差，电解液必须循环。 循环方式有上出和下出两种。 5 .电流密度：提高电流密度可以增加铜的产量，同时加大沟电压，增加功耗。 通常采用220230A/m2。19、6 .槽电压：槽电压影响功耗，正常生产时槽电压一般为0.250.30V。 7 .电流效率：一般铜电解的电流效率为9298%。 影响电流效率的主要因素有漏电、阴阳极短路、阴极铜的空气氧化和Fe2的氧化和Fe3的还原等。 20、铜电解精炼的电力消耗量，用每1t生产的电解铜消耗的直流电力计算，或者用总电力消耗量(交流电力消耗量)计算。 电能的单位消耗量由电解槽的槽电压和电流效率决定，随着槽电压的上升和电流效率的下降而增加。 一般工厂的电流效率都在90%98%之间(国内工厂一般为95%98% )，变动范围不大。 沟电压受电流密度、电解液成分及温度、阳极组成等的影响变动范围宽，一般在0.20.4V之间，因此对电解铜的电能单位消耗有很大的影响。 电能消耗与槽电压电流效率的关系如下： (w的计算式)、21，为了降低槽电压，(1)可以改善阳极品质，通过火法精炼除去粗铜中的杂质，降低阳极电位，防止阳极泥壳的生成，同时，可以减少杂质对电解液的污染。 (2)无需要求过低的残极率，一般为18%22%的范围。 过低的残极率是阳极工作末期，槽电压急剧上升的原因。22、(3)阴、阳极、导电棒、导电板之间的接触点，为了保持良好接触，请清洗并擦拭。 (4)电解液成分优选将硫酸的含量维持在160210g/L，将铜的含量维持在4050g/L，尽量减少其他杂质的含量和糊的添加量。 电解液的温度请维持在6068。(5)维持尽可能短的极间距离。 23、图10.2铜电解槽结构图，1-送液管2-阴极； 3-阳极4-出液管5-放水管6-阳极泥孔，24，电解中，电解液中铜和负元素的含量逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂蓄积，使电解液成分变化。 因此，必须通过计算定期提取一定量的电解液进行净化的同时，补充等量的新液体。 电解液净化的目的是回收铜、钴、镍，去除有害杂质砷、锑，使硫酸复原。 四、电解液的净化，25，1 .中和结晶用铜粉中和电解液中的硫酸，生产硫酸铜结晶。 Cu (粉) H2SO4 1/2O2=CuSO4 H2O中和液蒸发浓缩，得到饱和的CuSO4高温溶液(8090)，冷却后，硫酸铜结晶(科尔位)析出。 26、2 .脱Cu、脱As、Sb、Bi结晶后母液用不溶性阳极电解法回收铜，同时除去杂质。 Cu2浓度降低到8g/l以下时，As、Sb、Bi与Cu一起析出，得到含砷黑色铜，被送至火焰法精炼处理。 电解液中的As