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铜的电解精炼
铜的电解精炼,是将火法精炼的铜浇铸成阳极板,(现在普遍的工艺)用永久性不锈钢阴极作为阴极片,相间的放入电解槽中,用硫酸铜和硫酸的水溶液作为电解液,在直流电的作用下,阳极上的铜会失去两个电子生成-2价铜离子,而贵金属和某些金属不溶,成为阳极泥沉淀于电解槽低。溶液中的-2价铜离子会在阴极上优先析出,而其他电位较负的贱金属不能在阴极上析出,留在电解液中,待电解液定期净化时除去。这样,得到的铜纯度很高,称电铜。
简单说一下电解精炼的工艺:电解液由循环槽经电解液循环泵泵至板式换热器,加热至65℃左右以稳定的流量供到各个电解槽。电解槽供液采用底部给液(也有的采用侧面给液)、两端溢流出液的方式,槽两端溢流出的电解液汇总后返回循环槽。为保证电解液的洁净度,配备了专用的LAROX净化过滤机,循环系统每天抽取电解液循环量的约25%进行净化过滤。根据电解液中杂质的情况,每天抽取部分电解液进行脱铜、脱杂处理,保证电解液中铜、酸及杂质浓度不超过极限值。为保证电解液成分,调节阴极铜的物理性能,需在电解液中加入硫酸、添加剂。现在普遍采用的是永久性不锈钢阴极电解技术。它的主要优点:1、高电流密度 2、极间距小 3、残极率低 4、阴极周期短 5、蒸汽耗量低、 6、机械化程度高,适用于大规模生产。
1、电解液
铜离子从阳极转移到阴极的载体。如果说阳极、阴极是铜电解过程的两个支柱,电解液则是铜电解过程中铜离子迁移的载体。组成:CUSO4、H2SO4、H2O、添加剂(盐酸、有机化合物)。
1) H2SO4一般波动于100—220g/L,电流密度在300A/m2、电解液温度在60~65℃时要把H2SO4控制在180g/L。
电解液的物理性质——影响比电导的因素:H2SO4>电解液温度>杂质>CU2+
酸度越大,电解液的导电性越好。但是H2SO4不能无限地升高,硫酸升高时,硫酸铜的溶解度会降低,甚至析出沉淀(CUSO4·5H2O)。
电解液中CU2+的稳定性很重要。CU2+浓度不得小于35g/L,否则杂质AS、Sb、Bi可能在阴极析出,CU2+浓度升高时,电阻、槽电压、电能消耗都会升高,严重时会有硫酸铜析出。要控制CU2+在45—48g/l范围内。CU2+大幅度波动会使阴极铜质量失控,泵、管道堵塞或损坏,甚至电解槽漏液等事故,因此,在电解车间建设中脱铜工序是不可少的。
CU2+与电流密度的关系:电流密度升高,阴极的主反应会加快,阴极附近的
CU2+浓度下降,若不采取措施就会造成电解液中CU2+贫化,因此电流密度提高时,相应的要提高CU2+的浓度。
电流密度与电解液中浓度控制参数
电流密度(A/m2)
200
200~250
250~300
>300
CU2+(g/l)
37~45
40~45
45~50
45~60
3 ) 添加剂:加入电解液中能有效调节阴极铜的物理性质的物质。从而控制阴极铜光泽度、平滑度、硬度和韧性。
骨胶、硫脲、盐酸我们现在普遍使用的添加剂。
骨胶是一种动物胶,由动物骨、皮熬制成的生胶质。对温度的变化最敏感,温度越高失效也越快。目前,对胶的作用机理有两种不同的观点。,除了减少放电步骤的可逆行,胶体阳离子还吸附在晶面及晶面的生长点上,增加极化,减慢晶体继续成长的速度, 此外,由