铜的电解精炼讲义学习教案

1、会计学1铜的电解精炼铜的电解精炼(jnglin)讲义讲义第一页，共29页。2第1页/共29页第二页，共29页。3 电解精炼的目的是：电解精炼的目的是：(1) 降低铜中的杂质含量，从而降低铜中的杂质含量，从而提高铜的性能提高铜的性能(xngnng)，使其达到各种应用的要求；，使其达到各种应用的要求；(2) 回收其中的有价金属，尤其是贵金属和稀散金属。回收其中的有价金属，尤其是贵金属和稀散金属。 电解过程中，溶液中的铜在阴极上优先析出，而其电解过程中，溶液中的铜在阴极上优先析出，而其它电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留于电解液中它电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留于电解液中，待电解液定期净化时

2、除去。这样，阴极上析出的金属，待电解液定期净化时除去。这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜，简称电铜。铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜，简称电铜。 第2页/共29页第三页，共29页。4表表10.1 粗铜火法精炼主要粗铜火法精炼主要(zhyo)技术经济技术经济指标指标 电铜按纯度不同可分为电铜按纯度不同可分为(fn wi)1号铜号铜(Cu99.95%)、2号铜号铜(Cu99.9%)、3号铜号铜(Cu99.7%)、4号铜号铜(Cu99.5%)。其中。其中1号铜的标准见表号铜的标准见表10.1。第3页/共29页第四页，共29页。5第4页/共29页第五页，共29页。6第5页/共29页第六

3、页，共29页。7第6页/共29页第七页，共29页。8第7页/共29页第八页，共29页。9（1）阳极反应）阳极反应 阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。式中式中M为为Fe、Ni、Pb、As、Sb等比等比Cu更负电性的元更负电性的元素素。这些元素在铜中的含量低，其电极电位更负，因。这些元素在铜中的含量低，其电极电位更负，因此将优先溶解进入电解液，同时铜也不断地溶解到电此将优先溶解进入电解液，同时铜也不断地溶解到电解液中。水和硫酸根离子的氧化电位比铜正得多，其解液中。水和硫酸根离子的氧化电位比铜正得多，其反应不可能进行。金、银和铂族金属的电位更正，不反应不可能

4、进行。金、银和铂族金属的电位更正，不能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。22CueCuVECuCu34. 00/222MeMVEMM34. 00/2222122OHeOHVEOOH229. 10/222324212OSOeSOVEOSO42. 20/224第8页/共29页第九页，共29页。10（2 2）阴极反应）阴极反应 阴极上进行的是铜的还原反应。阴极上进行的是铜的还原反应。 氢的标准电极电位比铜负，且在铜阴极上的氢的标准电极电位比铜负，且在铜阴极上的超电位，使氢的电极电位更负，所以在正常电解超电位，使氢的电极电位更负，所以在正常电解条件下不会析出氢。

5、电极电位比铜负的元素，也条件下不会析出氢。电极电位比铜负的元素，也不能在阴极上析出不能在阴极上析出。CueCu22VECuCu34. 00/2222HeHVEHH00/2MeM22VEMM34. 00/2第9页/共29页第十页，共29页。113. Cu+的形成及其影响的形成及其影响 铜在电解过程中能氧化成铜在电解过程中能氧化成Cu+和和Cu2+两种离子两种离子：在平衡状态下：在平衡状态下：此时平衡常数此时平衡常数K的数据列于表的数据列于表10.1。CueCuVECuCu51. 00/2CueCuVECuCu17. 00/2CuCuCu22表表10.1 不同温度下平衡反应不同温度下平衡反应 的平

6、衡数据的平衡数据CuCuCu22第10页/共29页第十一页，共29页。12 平衡时平衡时Cu+浓度很小，其值随温度升高而增大浓度很小，其值随温度升高而增大。Cu+在电解过程中引起以下两个负反应。在电解过程中引起以下两个负反应。(1) Cu+很不稳定，易氧化。很不稳定，易氧化。 Cu2SO4 + 1/2O2 + H2SO4 = 2CuSO4 + H2O此反应的进行，不断此反应的进行，不断(bdun)地消耗地消耗H2SO4，而且，而且使反应使反应2Cu+=Cu2+Cu向左边进行，不断向左边进行，不断(bdun)生成生成Cu+，以便恢复其平衡。，以便恢复其平衡。第11页/共29页第十二页，共29页。

7、13(2) 当当Cu2+浓度和温度降低时，浓度和温度降低时，Cu+达到饱和而达到饱和而进行分解反应。进行分解反应。 Cu2SO4 CuSO4 + Cu 结果产生了铜进入阳极泥，降低阳极泥中贵结果产生了铜进入阳极泥，降低阳极泥中贵金属元素的含量，并增加电解液中金属元素的含量，并增加电解液中Cu2+的浓度的浓度。4. 铜的化学溶解铜的化学溶解 在电解过程中电极和电解液界面上，发生铜在电解过程中电极和电解液界面上，发生铜的化学溶解，导致电解液表面的化学溶解，导致电解液表面(biomin)接触处接触处的阳极易断裂，并增加电解液中的阳极易断裂，并增加电解液中Cu2+的浓度。的浓度。 Cu + 1/2O2

8、 + H2SO4 = CuSO4 + H2O第12页/共29页第十三页，共29页。145. 电解过程中杂质行为电解过程中杂质行为 按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类(s li)：第一类：正电性金属和以化合物形态存在的元素。第一类：正电性金属和以化合物形态存在的元素。Au、Ag和铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。和铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。少量的少量的Ag以以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，当有的形式溶解于电解液中，当有少量少量Cl存在时，形成存在时，形成AgCl进入阳极泥。进入阳极泥。O、S、Se和和Te以以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、C

9、u2Se、AgSe和和AgTe的形态进入阳极泥中。的形态进入阳极泥中。第13页/共29页第十四页，共29页。15第二类：在电解液中形成不溶性化合物的第二类：在电解液中形成不溶性化合物的Pb和和Sn。Pb在溶解时形成在溶解时形成PbSO4沉淀，并可进一步氧化成沉淀，并可进一步氧化成PbO2覆盖在阳极上，使槽电压升高。覆盖在阳极上，使槽电压升高。Sn进入电解进入电解液后氧化成四价，四价的硫酸锡易水解成碱式硫酸液后氧化成四价，四价的硫酸锡易水解成碱式硫酸锡进入阳极泥中。锡进入阳极泥中。 SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O =

10、Sn(OH)2SO4 + H2SO4Sn(OH)2SO4沉淀时可吸附沉淀时可吸附As、Sb的化合物，有利的化合物，有利于电解，但过多会粘附于电解，但过多会粘附(zhn f)在阴极上，降低阴在阴极上，降低阴极质量。极质量。第14页/共29页第十五页，共29页。16第三类：负电性金属第三类：负电性金属Ni、Fe、Zn。Fe和和Zn溶于电解溶于电解液中，液中，Ni可电化学溶解于电解液中，但有一些不溶性可电化学溶解于电解液中，但有一些不溶性化合物如化合物如NiO和镍云母等，易在阳极表面形成不溶性和镍云母等，易在阳极表面形成不溶性的薄膜，使槽电压升高，甚至的薄膜，使槽电压升高，甚至(shnzh)会引起阳

11、极钝会引起阳极钝化。化。第15页/共29页第十六页，共29页。17第四类：电位与铜相近的第四类：电位与铜相近的As、Sb和和Bi。电解。电解(dinji)时时它们可在阴极上放电析出。它们还易形成它们可在阴极上放电析出。它们还易形成SbAsO4和和BiAsO4等漂浮阳极泥，机械地粘附在阴极上，影响阴极等漂浮阳极泥，机械地粘附在阴极上，影响阴极质量，而且还会造成循环管道结壳，需要经常清理。其质量，而且还会造成循环管道结壳，需要经常清理。其中中Sb进入阴极的量比进入阴极的量比As多，所以危害比多，所以危害比As大。大。第16页/共29页第十七页，共29页。181.Cu2+浓度：浓度：Cu2+浓度不足

12、，容易使一些杂质在浓度不足，容易使一些杂质在阴极上析出阴极上析出(xch)；但；但Cu2+浓度不能过高，否则浓度不能过高，否则会 增 大 电 解 液 电 阻 和 易 在 阴 极 表 面 形 成会 增 大 电 解 液 电 阻 和 易 在 阴 极 表 面 形 成CuSO45H2O结晶。通常为结晶。通常为4045g/l。2.H2SO4浓度：硫酸可提高熔液的导电性，但使电浓度：硫酸可提高熔液的导电性，但使电解液中的解液中的CuSO4溶解度下降。通常为溶解度下降。通常为180200g/l。三、铜电解过程三、铜电解过程(guchng)中一些重要的技中一些重要的技术参数术参数第17页/共29页第十八页，共2

13、9页。193. 电解液温度：适当提高温度对电解液温度：适当提高温度对Cu2+扩散有利，扩散有利，并使电解液成分更加均匀，但过高会增大铜的并使电解液成分更加均匀，但过高会增大铜的化学溶解和电解液的蒸发。通常为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电解液的循环：为了减小电解液组成的浓度(nngd)差，电解液必须进行循环。循环方式差，电解液必须进行循环。循环方式有上进下出和下进上出两种。有上进下出和下进上出两种。5. 电流密度：提高电流密度可增加铜产量，但同时电流密度：提高电流密度可增加铜产量，但同时会增大槽电压，从而增加电能消耗。通常采用会增大槽电压，

14、从而增加电能消耗。通常采用220230A/m2。第18页/共29页第十九页，共29页。206. 槽电压：槽电压影响电能消耗，正常生产中槽电槽电压：槽电压影响电能消耗，正常生产中槽电压一般为压一般为0.250.30V。7. 电流效率：电流效率：一般铜电解的电流效率为一般铜电解的电流效率为9298%。影响电流效率的。影响电流效率的因素主要因素主要(zhyo)有：漏电、阴阳极短路、阴极铜被有：漏电、阴阳极短路、阴极铜被空气氧化和空气氧化和Fe2+的氧化和的氧化和Fe3+的还原等。的还原等。理论沉积铜量实际沉积铜量100第19页/共29页第二十页，共29页。211.1861000槽VW 第20页/共2

15、9页第二十一页，共29页。22第21页/共29页第二十二页，共29页。23第22页/共29页第二十三页，共29页。24图图10.2 铜电解槽的结构铜电解槽的结构(jigu)示意示意图图1进液管；进液管；2阴极；阴极；3阳极；阳极；4出液管；出液管；5放液管；放液管；6放阳极泥放阳极泥孔孔第23页/共29页第二十四页，共29页。25 电解过程中，电解液中的铜和负电性元素电解过程中，电解液中的铜和负电性元素(yun s)的含量逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂的含量逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂不断积累，使电解液成分发生变化。因此必须通过不断积累，使电解液成分发生变化。因此必须通过计算，定期抽出一定量

16、的电解液进行净化，同时补计算，定期抽出一定量的电解液进行净化，同时补充等量的新液。充等量的新液。 电解液净化的目的是：回收铜、钴、镍；除去电解液净化的目的是：回收铜、钴、镍；除去有害杂质砷、锑；使硫酸返回使用。有害杂质砷、锑；使硫酸返回使用。四、电解液的净化四、电解液的净化(jnghu)第24页/共29页第二十五页，共29页。261. 中和结晶中和结晶 用铜粉中和电解液中的硫酸，生产硫酸铜晶体用铜粉中和电解液中的硫酸，生产硫酸铜晶体。 Cu(粉粉) + H2SO4 + 1/2O2 = CuSO4 + H2O 中和液经蒸发浓缩获得饱和的中和液经蒸发浓缩获得饱和的CuSO4高温溶液高温溶液(rngy)(8090)，冷却即可析出硫酸铜晶体，冷却即可析出硫酸铜晶体(胆胆矾矾)。第25页/共29页第二十六页，共29页。272. 脱脱Cu，脱，脱As、Sb、Bi 结晶后母液用不溶阳极电解的方法回收铜，同结晶后母液用不溶阳极电解的方法回收铜，同时脱除杂质。时脱除杂质。 当当Cu2+浓度降低到浓度降低到8g/l以下时，以下时，As、Sb和和Bi与与Cu一起析出，得到含砷黑铜，送往火法精炼处理。一起析出，得到含砷黑铜，送往火法精炼处理。电解液中