1.7铜电解精炼和1.8湿法炼铜
时间:2025-04-03
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1.7 铜的电解精炼
1.8
湿法炼铜
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1.7 电解精炼1.7.1 概述 火法精炼产出的精铜品位一般为99.2~99.7%, 含有 , 火法精炼产出的精铜品位一般为 0.3~0.8%的杂质。电解精炼的目的是:(1) 降低铜中的杂 的杂质。 的杂质 电解精炼的目的是 质含量,从而提高铜的性能,使其达到各种应用的要求; 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。 回收其中的有价金属,尤其是贵金属和稀散金属。 电解精炼的产品是电铜, 按纯度不同可分为1号铜 电解精炼的产品是电铜 , 按纯度不同可分为 号铜 (Cu>99.95%)、2号铜 、 号铜(Cu>99.9%)、3号铜 、 号铜(Cu>99.7%)、4 、 号铜 号铜 号铜(Cu>99.5%)。其中 号铜的标准见表 号铜的标准见表2-19。 号铜 。其中1号铜的标准见表 。 表2-19 粗铜火法精炼主要技术经济指标铜号 代号 Cu+A g不小 于/% 杂 As Sb Bi Fe Pb 质(不大于)/% 不大于)/% Sn Ni Zn S P 总和 0.05 1
Cu一号铜 Cu-1 99.95 0.002 0.002 0.001 0.004 0.003 0.002 0.002 0.003 0.004 0.001
1.7.2 电解精炼的理论基础 1. 阳极反应 阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。 0 2+ ECu / Cu 2+ = 0.34V Cu 2e = Cu 0 2+ EM ′ / M ′2+ < 0.34V M ′ 2e = M ′ 1 0 H 2O 2e = 2 H + + O2 EH 2O / O2 = 1.229V 2 1 0 2 ESO 2 / O = 2.42V SO4 2e = SO3 + O2 4 2 2 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。2
2. 阴极反应 阴极上进行的是铜的还原反应。 阴极上进行的是铜的还原反应。 0 2+ ECu / Cu 2+ = 0.34V Cu + 2e = Cu
2 H + 2e = H 2M ′2+ + 2e = M ′
+
0 EH
2
/H+
= 0V
0 EM ′ / M ′2+ < 0.34V
氢的标准电极电位比铜负,且在铜阴极上的超电位, 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,所以在正常电解条件下不会析出氢。 使氢的电极电位更负 , 所以在正常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。 电极电位比铜负的元素,也不能在阴极上析出。
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3. 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: 0 + ECu / Cu + = 0.51V Cu e = Cu 0 + 2+ ECu + / Cu 2+ = 0.17V Cu e = Cu 在平衡状态下: 2Cu + = Cu 2+ + Cu 此时平衡常数K的数据列于表2-20。 表2-20 不同温度下平衡反应 2Cu + = Cu 2+ + Cu 的平衡数据温度/ 温度/℃ 25 55 100 Ek/V Cu/0.5molCuSO4 0.316 0.335 0.353 CCu2+ /(Kg·mol· /(Kg·mol
·L-1) 1.037 1.004 1.000 CCu+ /(g·mol·L-1) /(g·mol· 3.0 3.7 89.0 CCu2+/ CCu+ 346 271 11.2
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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+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。 (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 结果产生大量的铜进入阳极泥,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。5
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 + H2O 5. 电解过程中杂质行为 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。6
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 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4 Sn(OH)2SO4 沉淀时可吸附As、Sb的化合物,有利于电解, 但过多会粘附在阴极上,降低阴极质量。 第三类:负电性金属Ni、Fe、Zn。Fe和Zn溶于电解液中, Ni可电化学溶解于电解液中,但有一些不溶性化合物如 NiO和镍云母等,易在阳极表面形成不溶性的薄膜,使槽 电压升高,甚至会引起阳极钝化。7
第四类:电位与铜相近的As、Sb和Bi。电解时它们可在阴 极上放电析出。它们还易形成SbAsO4 和BiAsO4 等漂浮阳 极泥,机械地粘附在阴极上,影响阴极质量。其中Sb进入 阴极的量比As多,所以危害比As大。
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1.7.3 铜电解过程中一些重要的技术参数 1. Cu2+ 浓度:Cu2+ 浓度不足,容易使一些杂质在阴极上 析出;但Cu2+ 浓度不能过高,否则会增大电解液电阻 和 易 在 阴 极 表 面 形 成 CuSO4·5H2O 结 晶 。 通 常 为 40~45g/l。 2. H2SO4 浓度:硫酸可提高熔液的导电性,但使电解液 中的CuSO4溶解度下降。通常为180~200g/l。 3. 电解液温度:适当提高温度对Cu2+ 扩散有利,并使电 解液成分更加均匀,但过高会增大铜的化学溶解 …… 此处隐藏:1774字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……
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