铜电解精炼概述

铜电解精炼概述

一、前言

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。

二、铜电解的工艺要素

铜的电解精炼，我们最求的是以低能耗生产高质量的合格阴极铜。在这一低一高之间有五个决定性的因素：电解液成分、阴阳极极距、电流密度、单槽流量、电解液温度。除此之外，阳极板的成份、阳极使用周期、阴极板的悬垂度、极板的接触点对电解精炼也有重大影响。

1、电解液成分

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）、杂质。

1） H2SO4一般波动于100—220g/L，电流密度在300A/m

2

、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H

2SO

4

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 SO4·5H

2

O）。

2）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A

S 、S

b

、

B

i

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。C

U

2+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

C

U

2+(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CU2+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CU2+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【（NH

2）

2

CS】白色结晶，易溶于水，但在纯水中比较稳定。

（NH

2）

2

CS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GUSO4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H

2S的作用，生成的H

2

S与CU2+和CU+形成CU

2

S和CUS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CU

2Cl

2

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/m

2

、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