铜的电解精炼技术
高二化学电解铜的精炼与电镀
Ag
Au 阳极泥
Pt
阴极: Cu2+ + 2e- = Cu
小结：电解精炼金属
粗金属（Cu） 的电解精炼：
阳极：粗金属 氧化反应 （粗Cu）
阴极：纯金属 还原反应 （纯铜）
电解质溶液： 含精炼金属阳离子（Cu2+）的盐溶液
思考2 ？
若把思考1中电解CuSO4溶液 的阴极材料改为铁电极，电极 反应式又该如何书写呢？现象 如何？ 有铜附着在铁表面，这就是电 镀。
ห้องสมุดไป่ตู้、电镀
电镀原理
-+
铁片
铜片
电镀液
(CuSO4溶液)
阴极： Cu2+ + 2e- == Cu （还原反应）
阳极： Cu — 2e- == Cu2+ （氧化反应）
特征
镀件作阴极，镀层金属作阳极 电镀液CuSO4的浓度不变
小结：电镀
电镀：
阳极：镀层金属 阴极：镀件
氧化反应 还原反应
电解质溶液： 含镀层金属阳离子的盐溶液
一、铜的电解精炼
铜的电解精炼原理
粗铜 含杂质(Zn Fe Ni Ag Au Pt等)
纯铜
粗铜
CuSO4溶液
铜的电解精炼原理电极反应式:
阳极：
Zn：Zn - 2e- = Fe：Fe - 2e- = Ni ：Ni - 2e- = Cu：Cu - 2e- =
Zn2+ Fe2+ Ni2+ Cu2+（主）
高二化学电解铜的精炼与电镀
实例
CuSO4
石墨
石墨
氧 气
铜
CuSO4溶液
电极反应
阳极: 4OH- - 4e- = 2H2O + O2 ↑ 阴极：2Cu2+ + 2e- = 2Cu
铜的电解精炼
铜的电解精炼火法精炼产出的精铜品位一般为99.2% ～99.7%，另外还含有0.3% ～0.8%的杂质。
电解精炼的目的就是进一步脱除火法精炼难以除去的、对铜的导电性能和机械性能有损害的杂质，将铜的品位提高到99.95%以上，并且回收火法精炼铜中的有价元素，特别是贵，金属、铂族金属和稀散金属。
铜的电解精炼是将火法精炼铜铸成阳极板，以电解产出的薄铜片（始极片）作为阴极，二者相间地装入盛有电解液（硫酸铜与硫酸的水溶液）的电解槽中，在直流电的作用下，阳极铜进行电化学溶解，阴极上进行纯铜的沉积。
由于化学性质的差异，贵金属和部分杂质进人阳极泥，大部分杂质则以离子形态保留在电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。
铜电解所处理的阳极成分（％）一般为：Cu 99.2～99.7，Ni0. 09～0.15，As 0. 02～0.05，Sb 0. 018～0.3，Ag 0. 058～0.1，Au 0. 003～0.007，Bi 0. 0026，Se 0. 017～0.025。
产品一号铜的成分要求（％）：Cu＋Ag不小于99.95；Bi和P不大于0.001；As、Sb、Sn、Ni不大于0.002；Pb和Zn不大于0.003；硫不大于0.004。
铜电解精炼的原理如下：阳极反应：Cu－2e ==Cu2+EΘCu/Cu2＋＝0. 34VMe－2e ==Me 2+EΘ2＋＜0. 34VMe/MeH2O－2e==2H＋＋1/2O2 EΘH2O/O2＝1.229VSO42――2e ==SO3＋1/2O2 EΘSO42－/O2＝2.42V式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的金属，它们从阳极上溶解进入溶液。
H2O和SO42－失去电子的反应由于其电位比铜正，故在正常情况下不会发生。
贵金属的电位更正，不溶解，而进入阳极泥。
阴极反应：Cu2＋＋2e ==Cu EΘCu/Cu2＋＜0. 34V2H＋＋2e==H2EΘH＋/H2＝0. 0VMe2＋＋2e ==Me EΘSO42－/O2＞0. 34V在这些反应中，具有标准电位比铜正、浓度高的金属离子才可能在阴极上被还原，但它们在阳极不溶解，因此只有铜离子还原是阴极的主要反应。
铜电解精炼技术条件.
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2.6.3极间距离
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极间距离通常以同名电极(同为阳极或阴极)之间的距离来表示。极间距离 对电解过程的技术经济指标以及电解铜的质量，都有很大的影响。同极 中心距的确定与极板的尺寸和加工精度等因素有关。 缩短极间距离，可以降低电解液电阻，即降低电压降和电解铜的直流电 耗。极间距的缩短，可以增加电解槽内的极片数量，提高设备的生产效 率。但是，极距的缩短，会使阳极泥在沉降过程中附着在阴极表面的可 能性增加，造成贵金属损失的增加，并使阴极铜质量降低。此外，极距 的缩短，也会使极间的短路接触增多，引起电流效率下降；为了消除短 路，必然消耗大量的劳动。因此，极间距的缩短是对阴、阳极板的加工 精度和垂直悬挂度提出了更加严格的要求。 实际生产过程中小型阳极板的同极中心距一般为75～90mm；大型极板为 95～115mm。采用Hazelett法连铸阳极时，因阳极板的厚度一般为15～ 20mm，因此，同名极距也相应缩短。
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2.6.1电解液的温度
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提高电解液的温度，有利于以下几点： (1)降低电解液的黏度，使漂浮的阳极泥容易沉降，增加各种离子的扩散 速度，减少电解液的电阻，从而提高电解液的导电率、降低电解槽的电 压，以减少铜电解生产的电能消耗。 (2)消除阴极附近铜离子的严重贫化现象，从而使铜在阴极上能均匀地析 出，并防止杂质在阴极上放电的。 过高的电解液温度也会给电解生产带来不利的方面： (1)温度升高，添加剂明胶和硫脲的分解速度加快，使添加剂的消耗量增 加。 (2)温度升高，有利于向着生成Cu+的方向移动，从而使电解液中的铜含 量上升，同时也加剧了铜在电解液中的化学溶解，使电解液中铜含量更 进一步地提高。 (3)电解液的蒸发损失增大，会使车间的劳动条件恶化，同时增加蒸汽的 消耗。 目前，一般保持电解液的温度为58～65℃。
《铜的电解精炼》课件
辅助设备
01
02
03
04
辅助设备包括循环系统、过滤 系统、排污系统等，用于支持
电解过程的正常运行。
循环系统用于将电解液持续循 环流动，以保持电解液成分的
均匀分布和温度的稳定。
过滤系统用于去除电解液中的 杂质和颗粒物，以保持电解液
的清洁度。
排污系统用于定期排放电解槽 底部的沉淀物和杂质，以保持
电解槽的正常运行。
阳极过程
阳极上的粗铜溶解成铜离子进入电解液，同时释放电子。
电能效率
优化电解精炼的电流密度和电压，以提高电能效率和降低能耗。
产物处理
铜饼处理
从电解精炼过程中获得的 铜饼需要进行进一步的处 理，如洗涤、干燥和熔炼 等。
产品纯度
通过控制电解精炼的条件 和后续处理，确保获得高 纯度的电解铜产品。
资源回收
对电解精炼过程中产生的 废弃物进行回收和处理， 实现资源的有效利用。
铜的电解精炼设备
03
电解槽
01
电解槽是铜的电解精炼 过程中的核心设备，用 于实现铜的电解过程。
02
电解槽通常由耐腐蚀、 绝缘性能好的材料制成 ，如聚氯乙烯或玻璃钢 。
03
电解槽内部通常填充有 离子交换剂或导电介质 ，以促进铜离子的迁移 和分离。
04
电解槽的设计和结构需 根据生产规模、电解液 成分和工艺要求进行定 制。
《铜的电解精炼》ppt 课件
目 录
• 铜的电解精炼简介 • 铜的电解精炼工艺流程 • 铜的电解精炼设备 • 铜的电解精炼的优缺点 • 铜的电解精炼的发展趋势和未来展望
铜的电解精炼简介
01
铜的电解精炼的定义
01
铜的电解精炼是一种通过电解的 方法将粗铜提纯为纯铜的过程。
电解精炼铜实验报告
电解精炼铜实验报告电解精炼铜实验报告一、引言电解精炼铜是一种常见的冶炼工艺，通过电解的方式去除铜中的杂质，提高铜的纯度。
本实验旨在通过模拟电解精炼铜的过程，探究其原理和效果。
二、实验步骤1. 实验准备准备一块铜板作为阳极，一块铜板作为阴极，将它们放置在电解槽中。
准备一定浓度的硫酸铜溶液，作为电解液。
连接电源，确保电解槽与电源的正负极正确连接。
2. 开始电解将电解槽中的铜板完全浸入电解液中，打开电源，设定合适的电压和电流。
开始电解过程。
3. 观察实验现象实验过程中，观察电解槽中的变化。
可以发现，阳极上的铜板逐渐溶解，而阴极上的铜板逐渐增厚。
同时，电解液中的杂质被吸附在阴极上，阳极上的纯铜逐渐增多。
4. 结束实验当观察到阳极上的铜板几乎完全溶解，或者电解液中的杂质浓度达到一定程度时，可以结束实验。
关闭电源，取出阴极上的铜板。
三、实验结果与分析通过实验可以得到以下结果：1. 阳极上的铜板逐渐溶解，而阴极上的铜板逐渐增厚。
这是因为在电解过程中，阳极上的铜原子失去电子形成Cu2+离子，溶解到电解液中；而阴极上的Cu2+离子接受电子还原为纯铜，沉积在阴极上。
2. 电解液中的杂质被吸附在阴极上。
在电解过程中，电解液中的杂质离子被电场吸引，沉积在阴极上，从而净化了电解液中的铜。
3. 随着电解时间的增加，阴极上的铜板逐渐增厚，纯度也逐渐提高。
这是因为随着电解时间的延长，阳极上的铜板溶解得更多，电解液中的杂质离子也被吸附得更多，从而阴极上的纯铜沉积得更厚。
四、实验总结电解精炼铜是一种有效的提高铜纯度的方法。
通过电解过程，可以将铜中的杂质去除，得到较为纯净的铜。
本实验模拟了电解精炼铜的过程，通过观察实验现象和分析实验结果，验证了电解精炼铜的原理和效果。
然而，实际的电解精炼铜工艺比本实验更为复杂，需要考虑更多的因素，如电压、电流、电解液浓度等。
此外，还需要进行后续的处理步骤，如熔炼、铸造等，才能得到可应用的铜产品。
电解精炼铜工艺在现代冶金工业中具有重要的地位，广泛应用于铜冶炼过程中。
铜的电解精炼
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：C U SO4、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>C U2+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（C U SO4·5H2O）。
铜的电解的详细步骤
铜的电解精炼详细步骤
1. 准备原料
首先，需要准备好进行电解所需的原料，包括纯铜片、硫酸铜溶液、电力以及各种设备和仪器。
2. 溶解铜矿
将铜矿与硫酸反应，使其溶解成硫酸铜溶液。
这是电解过程的重要步骤，因为只有硫酸铜溶液才能进行电解。
3. 电解过程
将溶解后的硫酸铜溶液进行电解。
在电解过程中，硫酸铜溶液中的铜离子在直流电的作用下，会在阴极上还原成金属铜，同时阳极上铜会氧化成铜离子。
4. 提取铜
在电解过程中，阴极上附着的铜会逐渐积累并形成阳极泥。
这些铜可以通过收集并清洗的方式提取出来，得到纯度较高的电解铜。
5. 回收硫酸
在提取铜的过程中，会有部分硫酸残留在阳极泥中。
可以通过将阳极泥清洗、干燥并煅烧的方式回收残留的硫酸。
6. 废液处理
电解后剩下的废液需要进行处理。
通常的处理方式包括中和、沉降、过滤等步骤，使废液中的有害物质浓度降低至安全水平后进行排放。
7. 质量检测
在提取和储存过程中，需要定期对铜的质量进行检测，确保其纯度符合要求。
质量检测通常包括化学分析和物理测试等步骤。
8. 产品储存
提取出的电解铜需要在干燥、通风良好的地方进行储存，以防止其氧化和受潮。
同时，为了保持产品质量，还需要定期进行检查和维护。
铜电解精炼过程
铜电解精炼过程一、过程概述铜电解精炼是以火法精炼得到的粗铜为阳极，纯铜为阴极，硫酸铜和硫酸的水溶液为电解液，通过向电解槽通入直流电，使阳极粗铜溶解并在阴极析出纯度更高的金属铜的过程。
这一过程中，阳极上的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中被脱出，从而实现铜与杂质的分离。
二、电解原理1、阳极反应：粗铜在阳极上失去电子，被氧化成铜离子（Cu²⁺）进入电解液。
同时，阳极中其他电位较负的金属（如铁、锡、铅、镍等）也会溶解进入电解液，而电位较正的金属（如银、金、铂族元素）则不溶，成为阳极泥沉积于电解槽底。
2、阴极反应：电解液中的铜离子在阴极上得到电子，被还原成纯铜沉积在阴极上。
而比铜电位更负的金属离子则不会在阴极上析出，继续留在电解液中。
三、电解精炼工艺1、设备准备：电解槽通常采用多槽并联或串联的方式，槽内放置阳极和阴极，阴极通常采用纯铜薄片或电解产出的薄铜片（始极片）。
电解液则是由硫酸和硫酸铜组成的水溶液，其成分需要精确控制以保证电解过程的顺利进行。
2、电解操作：在直流电的作用下，阳极粗铜逐渐溶解，纯铜在阴极上析出。
电解液在电解过程中会不断循环，以保持其成分的稳定和均匀。
同时，需要定时对电解液进行净化和处理，以去除其中的杂质和有害物质。
3、产品收集与处理：电解结束后，阴极上析出的纯铜可以进行收集和处理，以得到所需的电解铜产品。
而阳极泥则需要进行进一步的处理和回收，以提取其中的贵金属和其他有价值的金属。
四、过程控制在铜电解精炼过程中，需要严格控制电解条件以确保产品的质量和产量。
这包括电解液的成分、温度、pH值、电流密度以及电解时间等。
同时，还需要对电解槽进行定期的检查和维护，以确保其正常运行和延长使用寿命。
总之，铜电解精炼过程是一个涉及多个环节的复杂过程，需要精心设计和严格控制才能获得高质量的产品。
通过这一过程，我们可以将粗铜提纯为高纯度的电解铜，满足工业化应用的需求。
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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：C U SO4、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>C U2+
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（C U SO4·5H2O）。
2）电解液中C U2+的稳定性很重要。
C U2+浓度不得小于35g/L，否则杂质A S、S b、B i可能在阴极析出，C U2+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C U2+在45—48g/l范围内。
C U2+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。
C U2+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C U2+浓度下降，若不采取措施就会造成电解液中C U2+贫化，因此电流密度提高时，相应的要提高C U2+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
C U2+(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。
1.在铜电解液中加入胶时，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，由于它的表面吸附作用能降低表面能，可以降低微晶的形成，有利于行晶核的形成，因而得到平整、致密、结晶极为细小的阴极铜。
2.胶在电解液中于铜离子形成吸附络合物，胶粒吸附带电的C U2+而形成载胶体，受到静电的引力而趋向阴极。
促使极化作用的增强是因为络合阳离子在阴极上析出。
由于胶的加入，对晶核生长速度有抑制，相应的晶核生成速度就有所增加，便于得到光滑。
细密的结晶。
胶与C U2+还会形成载胶体，对阴极上的凸瘤部分有钝化作用，使其逐渐长平。
胶过量，铜表面形成堆砌六面体闪金星结晶，比较粗糙，表面电铜离子硬而韧，疙瘩不易脱落。
胶不足，电铜较软，小疙瘩明显失去抑制，敲打薄阴极时发出“扑扑”的空声，阴极表面比较粗糙。
电解液中胶的浓度控制在40mg/L.
硫脲【（NH2）2CS】白色结晶，易溶于水，但在纯水中比较稳定。
（NH2）2CS在纯水中比较稳定，温度在60℃-80℃时几乎不分解，浓度不随时间变化而变化。
在酸中的稍有分解。
在G U SO4电解液中不稳定，它会随电解液的温度和电解液中cl-的浓度增加，分解速度加快。
硫脲在电解铜过程的作用实际上是它水解产物H2S 的作用，生成的H2S与C U2+和C U+形成C U2S和C U S沉积在阴极表面，增加新晶核，降低阴极有效电流密度，引起阴极极化电位降低。
硫脲用量适当，阴极铜的颜色呈玫瑰红色，表面出现金属光亮、结晶致密，阴极铜密度大，表面有细的定向结晶所引起的平行条纹，敲打时发出铿锵清脆的响声。
但若过量，阴极铜表面的条纹增粗，疙瘩增多，而且针状、柱状疙瘩多，表面颜色较暗，缺乏金属光泽，但基低仍很紧密。
生产过程中硫脲中的硫有52%~59%入阳极泥，5%~10%入电解铜，其余则以硫脲的水解产物形式留在溶液中。
cl-:符合添加剂的一种，以HCl形式加入，适合高杂质阳极电解。
氯离子作为添加剂，可使溶液中量很少的AgCl沉淀进入阳极泥。
还可能形成C U2Cl2沉淀，吸附砷、锑、铋和它们所形成的化合物共沉淀，减少砷、锑、铋等有害杂质对阴极铜的污染。
cl-能分解胶，并与硫脲生成沉淀，所以要将其和前两者分开加入。
当电流密度在300A/m2、电解液温度在60~65℃、H2SO4控制在180g/L时，氯离子的含量控制在50~80mg/l。
综合看来，添加剂的用量要根据电流密度、电解液温度、成分来决定。
添加剂的用量分析。