铜的电解精炼讲义

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1、第十节铜的电解精炼一、铜电解精炼概述铜的火法精炼一般能产出含铜99.0%~99.8%的粗铜产品。铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的贱金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（如：硒、碲）不溶，成为阳极泥沉于电解槽底。1电解精炼的目的是：(1)降低铜中的杂质含量，从而提高铜的性能，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。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，待

2、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。2表10.1粗铜火法精炼主要技术经济指标铜号代号Cu+Ag不小于／％杂质（不大于）／％AsSbBiFePbSnNiZnSP总和一号铜Cu-199.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0030.0040.0010.05电铜按纯度不同可分为1号铜(Cu>99.95%)、2号铜(Cu>99.9%)、3号铜(Cu>99.7%)、4号铜(Cu>99.5%)。其中1号铜的标准见表10.1。3含有贵金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的一种副产品

3、另行处理，以便从中回收金、银、硒、碲等元素。在电解液中逐渐积累的贱金属杂质，会防碍电解过程的正常进行。例如，增加电解液的电阻和密度，使阳极泥沉降速度减慢，甚至在阴极上与铜一起共同放电，影响阴极铜的质量。必须定期定量地抽出净化，并相应地向电解液中补充新水和硫酸。抽出的电解液在净化过程中，常将其中的铜、镍等有价元素以硫酸盐的形态产出，硫酸则返回电解系统重复使用。4铜电解生产现场5二、铜电解过程理论基础传统的铜电解精炼是采用纯净的电解铜薄片作阴极，阳极铜板含有少量杂质（一般为0.3%~1.5%）。电解液主要为含有游离硫酸的硫酸铜溶液。电解精炼过程如图10.1所示。1、铜

4、电解过程的电极反应6图10.1铜电解精练过程示意图1.阳极，2.阴极，3.导电杆，4.CuSO4及H2SO4的水溶液7（1）阳极反应阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。式中M`为Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的元素。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，不能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。8（2）阴极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，且在铜阴极上的超电位，使氢的电极电位更负，所以在正常

5、电解条件下不会析出氢。电极电位比铜负的元素，也不能在阴极上析出。93.Cu+的形成及其影响铜在电解过程中能氧化成Cu+和Cu2+两种离子：在平衡状态下：此时平衡常数K的数据列于表10.1。温度/℃Ek/VCu/0.5molCuSO4CCu2+/(Kg·mol·L-1)CCu+/(g·mol·L-1)CCu2+/CCu+25551000.3160.3350.3531.0371.0041.0003.03.789.034627111.2表10.1不同温度下平衡反应的平衡数据10平衡时Cu+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。(1)Cu+

6、很不稳定，易氧化。Cu2SO4+1/2O2+H2SO4=2CuSO4+H2O此反应的进行，不断地消耗H2SO4，而且使反应2Cu+=Cu2++Cu向左边进行，不断生成Cu+，以便恢复其平衡。11(2)当Cu2+浓度和温度降低时，Cu+达到饱和而进行分解反应。Cu2SO4＝CuSO4+Cu结果产生了铜进入阳极泥，降低阳极泥中贵金属元素的含量，并增加电解液中Cu2+的浓度。4.铜的化学溶解在电解过程中电极和电解液界面上，发生铜的化学溶解，导致电解液表面接触处的阳极易断裂，并增加电解液中Cu2+的浓度。Cu+1/2O2+H2SO4=CuSO4+H2O125.电解过程中杂

7、质行为按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类：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。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，当有少量Cl－存在时，形成AgCl进入阳极泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形态进入阳极泥中。13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，并可进一步氧化成PbO2覆盖在阳极上，使槽电压升高。Sn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锡进入阳极泥中。SnSO4+1/2O2+H2SO

8、4=Sn(