铜冶金学第8章课件.ppt

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1、第八章铜的电解精炼8.1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。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。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另行处理，以便从中回收金、

2、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。在铜电解车间，通常设有几百个甚至上千个电解槽，每一个直流电源串联其中的若干个电解槽成为一个系统。所有的电解槽中的电解液必须不断循环，使电解槽内的电解液成分均匀。在电解液循环系统中，通常设有加热装置，以将电解液加热至一定的温度。铜电解生产现场8.2　铜电解过程理论基

3、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8.1所示。8.2.1　铜电解过程的电极反应图8.1铜电解精练过程示意图1.阳极，2.阴极，3.导电杆，4.CuSO4及H2SO4的水溶液由于电离的缘故，电解液中的各组分按下列反应生成离子：CuSO4=Cu2++SO42-（8－1）H2SO4=2H++SO42-（8－2）H2O=H++OH-（8－3）在未通电时，上述反应处于动态平衡。但在直流电通过电极和溶液的情况下，各种离子作定向运动。在阳极上可能发生下列反应：Cu–2e=Cu2+,E0(C

4、u2+/Cu)=+0.34V（8－4）H2O–2e=1/2O2+2H+,E0(O2/H2O)=+1.23V（8－5）SO42-－2e=SO3+1/2O2,E0(O2/SO42-)=+2.42V（8－6）H2O和SO42-的标准电位很大。在正常的情况下，它们不可能在铜阳极上发生放电作用。氧的析出还具有相当大的超电压（25℃时，若电流密度为200A∕m2，则氧在铜上析出的超电压为0.605V）。因此，在铜电解精炼过程中不可能发生反应(8-5），只有当铜离子的浓度达到极高，或电解槽内阳极严重钝化，使槽电压升高至１.7V以上时才可能有氧在阳极上放出。至于SO42－离子的放电反应，因为其电位更正，故在

5、铜电解精炼过程中，是不能进行的。在阴极上可能发生下列反应：Cu2++2e=Cu，E0(Cu2+/Cu)=+0.34V(8－7)2H++2e=H2，E0(H+/H2)=0V(8－8)铜的析出电位较氢为正，加之氢在铜上析出的超电压值又很大（当25℃及电流密度为100A／m２时，电压为0.584V），故只有当阴极附近的电解液中铜离子浓度极低，并由于电流密度过高而发生严重的浓差极化时，在阴极上才可能析出氢气。铜电解精炼过程，主要是在直流电的作用下，铜在阳极上失去电子后以Cu2+的形态溶解，而Cu2+在阴极上得到电子以金属铜的形态析出的过程。除此之外，还不可避免地有Cu+的产生，并引起一系列的副反应，

6、使电解过程复杂化。8.2.2阳极杂质在电解过程中的行为铜电解精炼的阳极板是一种含有多种元素的合金。通常将阳极铜中的杂质分为以下四类：（1）比铜显著负电性的元素：锌、铁、锡、铅、钴、镍；（2）比铜显著正电性的元素：银、金、铂族元素；（3）电位接近铜但较铜负电性的元素：砷、锑、铋；（4）其他杂质：氧、硫、硒、碲、硅等。8.2.2.1比铜显著负电性的元素当阳极溶解时，以金属形态存在的该类杂质均电化溶解，并以二价离子状态进入溶液。其中，铅、锡由于生成难溶的盐类或氧化物，大部分转入阳极泥。其余则在电解液中积累。共同特点是：消耗溶液中的硫酸，增加溶液的电阻。锌在阳极溶解时，全部成为硫酸锌进入溶液。由于锌

7、的电位比铜要负得多，故不能在阴极上析出，因此对电解过程没有显著的影响。不过，锌的溶解会消耗电解液中的硫酸，并使电解液的粘度和密度增大。阳极中的铁以Fe2O3形式存在与铜晶体间的缝隙中，粒度为2~3μm。阳极溶解时，铁以二价离子进入电解液：Fe–2e=Fe2+当阳极附近的电解液中有Fe2+存在时，它被部分地在阳极上氧化成三价铁离子Fe3+，因而降低了阳极电流效率。一部分Fe2+也可以被空气或电解液中存在的微量氧