铜的电解精炼

1、第十节铜的电解精炼、2，1、铜的电解精炼概要、铜的火法精炼一般能生产含有99.0% 99.8%铜的粗铜制品。 关于铜的电解精炼，将通过火法精炼的铜铸造成阳极板，将纯铜薄片作为阴极片，放入电解池相间，将硫酸铜和硫酸的水溶液作为电解液，在直流的作用下，阳极上的铜和电位为负的贱金属溶解于溶液中，贵金属的某些金属(例如硒、碲)不溶解，成为阳阳，3、电解精炼的目的为(1) 降低铜中杂质含量，提高铜的性能，达到各种应用要求(2)回收其中的有价金属，特别是贵金属和稀分散金属。 电解中，溶液中的铜优先在阴极上析出，但其他电位的负贱金属不能在阴极上析出，残留在电解液中，在电解液定期净化时被除去。 这样，在阴极析

2、出的金属铜纯度高，被称为阴极铜或电解铜，简称为电铜。 4、表10.1粗铜火法精炼的主要技术经济指标，电镀铜可以按纯度分为1号铜(Cu99.95% )、2号铜(Cu99.9% )、3号铜(Cu99.7% )、4号铜(Cu99.5% )，其中1号铜的标准如表10.1所示。5、含有贵金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的副产品另外处理，从中回收金、银、硒、碲等元素体。 正在积蓄在电解液中的贱金属杂质妨碍了电解过程的正常进行。 例如，如果增加电解液的电阻和密度，阳极泥的沉降速度就会变慢，在阴极也会和铜一起放电，影响阴极铜的品质。 必须定期定量萃取净化，相应地给电解液补充新的水和硫酸。 提取的电解

3、液在净化过程中，以硫酸盐的形式生产其中的铜、镍等有价元素体，硫酸往往返回电解系统进行再利用。 6、铜电解生产车间，7、2、铜电解过程的理论基础，传统的铜电解精炼采用纯铜片作为阴极，阳极铜板含有少量杂质(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。 图10.1显示了电解精炼过程。 1、铜电解过程的电极反应、8、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、9、(1)在阳极反应阳极上进行铜和少许杂质的氧化反应的式中的m为Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu负的电荷由于这些个的元素体在铜中的含量低，其电极电位更为负

4、，所以在优先溶解于电解液的同时，铜也继续溶解于电解液。 水和硫酸络离子的氧化电位比铜正多，其反应是不可能的。 金、银、白金族金属的电位被修正，被氧化不能进入电解液，最后进入阳极泥。 10、(2)阴极反应在阴极进行铜的还原反应。 氢的标准电极电势比铜负，铜阴极上的超电位使氢的电极电位更负，所以在通常的电解条件下氢不会析出。 电极电位比铜负的元素体也不能在阴极上析出。 11，3.Cu的形成及其影响铜在电解过程中可氧化为Cu和Cu两种络离子：以平衡态表示：此时的平衡常数k的数据如表10.1所示。 表10.1不同温度下平衡反应的平衡数据为12，平衡时的Cu浓度小，其值随温度上升而增大。 Cu在电解中发

5、生以下2个负反应。 (1) Cu不稳定，容易氧化。 Cu2SO4 1/2O2 H2SO4=2CuSO4 H2O该反应的进行不断地消耗H2SO4，而且使反应2Cu=Cu2 Cu向左方向进行，不断地生成Cu，恢复其平衡。 (13 )当Cu2浓度和温度降低时，Cu饱和，进行裂解反应。 Cu2SO4 CuSO4 Cu的结果是铜进入阳极泥，阳极泥中贵金属元素体的含量减少，电解液中的Cu2浓度增加。 4 .铜的化学溶解在电解中在电极和电解液的界面发生铜的化学溶解，电解液表面接触处的阳极极易断裂，使电解液中Cu2的浓度增加。Cu 1/2O2 H2SO4=CuSO4 H2O，14，5 .电解中的杂质行为根据电

6、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体。 Au、Ag及铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。 少量的Ag作为Ag2SO4溶解在电解液中，如果存在少量的Cl，则形成AgCl进入阳极泥。 o、s、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形式进入阳极泥中。 15、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，而且PbO2被阳极复盖，可以氧化使槽电压上升。 Sn一进入电解液就氧化成4价，4价硫酸锡容易水解作用，变成碱硫酸锡进入阳极泥。 snso 41/2 o2h2so4=sn (so4)2h

7、2o sn (so4)2h2o=sn (oh )2so4h2sn (oh )2so 4沉淀时可以吸附As、Sb的化合物。 16、第三类：负金属Ni、Fe、Zn。 Fe和Zn溶解于电解液中，Ni可以电化学溶解于电解液中，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的薄膜，使槽电压上升，引起阳极的钝化。 17、第四类：电位接近铜的As、Sb、Bi。 电解时这些个可以在阴极上放电析出。 由于这些个容易形成SbAsO4和BiAsO4等浮游阳极泥，机械性地附着在阴极上，影响阴极的品质，而且还成为循环管的结壳，因此需要好好清扫。 其中Sb进入阴极的量多于As，危害大于As。 18、Cu2浓度：

8、Cu2浓度不足，一部分杂质容易在阴极上析出，但Cu2浓度不能提高。 否则，电解液的电阻增大，在阴极表面容易形成CuSO45H2O结晶。 通常是4045克/升。 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180200克/升。 三、铜电解过程中的一些重要技术参数，19，3 .电解液温度：适当提高温度有利于Cu2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。 通常是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。 循环方式有上下上下两种。 5 .电流密度：提高电流密度可以增加铜的产量，但在云同步上加大槽电压增加

9、电功耗。 通常采用220230A/m2。20、6 .槽电压：槽电压影响电功耗，正常生产中的槽电压一般为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原因有漏电、阴阳极短、阴极铜的空气氧化和Fe2的氧化和Fe3的还原等。 21、铜电解精炼的电功耗用每次生产1t电解镀铜时消耗的直流电力进行校正，或用总电功耗(交流电力消耗)进行校正。 电能的单位消耗取决于电解池的槽电压和电流效率，随槽电压的升高和电流效率的降低而增加。 一般工厂的电流效率都在90%之间(国内工厂一般为95% )，变动范围不大。 另一方面，槽电压受电流密度、电解液成分及温度、阳极组成等因素

10、的影响变动范围广，一般在0.20.4V之间，因此对电解镀铜的电力单位消耗产生更大的影响。 关于电功耗与槽电压、电流效率的关系，为了降低(w的修正公式)、22、槽电压，(1)应该采取措施，改善阳极的品质，在火法精炼中除去粗铜中的杂质，降低阳极电位，防止阳极泥壳的生成，同时，减少杂质对电解液的污染；(2)要求过低的残极率残极率过低时，阳极动作末期槽电压急剧上升。23、(3)阴、阳极、导电棒、导电板之间的接触点请清洗擦拭，使接触良好。 (4)电解液成分、硫酸含量维持在160210 g/L，铜含有浓度维持在4050 g/L，希望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度。 (5

11、)尽量维持短的极间距离。24、图10.2铜电解池的结构示意图、1进液管2阴极3阳极4出液管5放液管6放阳极泥孔、25、电解中，电解液中的铜和负极性元素体的含量逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂不断蓄积，使电解液成分变化。 因此，必须定期抽出一定量的电解液进行净化，给云同步补充等量的新液。 电解液的净化的目的是回收铜、钴、镍，将作为有害杂质的砷、锑除去后的硫酸还原使用。 四、电解液的净化，26，1 .中和结晶用铜粉和电解液中的硫酸，生产硫酸铜结晶。 Cu (粉) H2SO4 1/2O2=CuSO4 H2O中和液由于蒸发浓缩而得到饱和的CuSO4高温溶液(8090 )，一蒸发制冷，硫酸铜结晶(矾石)就析出。 27、2 .脱Cu、脱As、Sb、Bi结晶后母液通过不溶阳极电解的方法回收铜，并除去杂质。 Cu2浓度降低到8g/l以下时，As、Sb和Bi与Cu一起析出，得到含砷黑铜，送至火法精炼处理。