铜的电解精炼讲义.pptx
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1、会计学1铜的电解精炼铜的电解精炼(jnglin)讲义讲义第一页,共29页。2一、一、一、一、铜电铜电解解解解(dinji)(dinji)精精精精炼炼概述概述概述概述 铜铜铜铜的火法精的火法精的火法精的火法精炼炼炼炼一般能一般能一般能一般能产产产产出含出含出含出含铜铜铜铜99.0%99.8%99.0%99.8%的粗的粗的粗的粗铜产铜产铜产铜产品。品。品。品。铜铜铜铜的的的的电电电电解精解精解精解精炼炼炼炼,是将火法精,是将火法精,是将火法精,是将火法精炼炼炼炼的的的的铜浇铸铜浇铸铜浇铸铜浇铸成阳极板,用成阳极板,用成阳极板,用成阳极板,用纯纯纯纯铜铜铜铜薄片作薄片作薄片作薄片作为为为为阴极片,相
2、阴极片,相阴极片,相阴极片,相间间间间地装入地装入地装入地装入电电电电解槽中,用硫酸解槽中,用硫酸解槽中,用硫酸解槽中,用硫酸铜铜铜铜和硫酸和硫酸和硫酸和硫酸的水溶液作的水溶液作的水溶液作的水溶液作电电电电解液,在直流解液,在直流解液,在直流解液,在直流电电电电的作用下,阳极上的的作用下,阳极上的的作用下,阳极上的的作用下,阳极上的铜铜铜铜和和和和电电电电位位位位(din wi)(din wi)较负较负较负较负的的的的贱贱贱贱金属溶解金属溶解金属溶解金属溶解进进进进入溶液,而入溶液,而入溶液,而入溶液,而贵贵贵贵金属和某些金金属和某些金金属和某些金金属和某些金属(如:硒、碲)不溶,成属(如:硒
3、、碲)不溶,成属(如:硒、碲)不溶,成属(如:硒、碲)不溶,成为为为为阳极泥沉于阳极泥沉于阳极泥沉于阳极泥沉于电电电电解槽底。解槽底。解槽底。解槽底。第1页/共29页第二页,共29页。3 电电解解精精炼炼的的目目的的是是:(1)降降低低铜铜中中的的杂杂质质含含量量,从从而而提提高高铜铜的的性性能能(xngnng),使使其其达达到到各各种种应应用用的的要要求求;(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。电电解解过过程程中中,溶溶液液中中的的铜铜在在阴阴极极上上优优先先析析出出,而而其其它它电电位位较较负负的的贱贱金金属属不不能能在在阴阴极极上上
4、析析出出,留留于于电电解解液液中中,待待电电解解液液定定期期净净化化时时除除去去。这这样样,阴阴极极上上析析出出的的金金属属铜铜纯度很高,称为阴极铜或电解铜,简称电铜。纯度很高,称为阴极铜或电解铜,简称电铜。第2页/共29页第三页,共29页。4表表10.1 粗铜火法精炼主要粗铜火法精炼主要(zhyo)技术经技术经济指标济指标铜号铜号铜号铜号代号代号代号代号Cu+ACu+Ag g不小不小不小不小于于于于杂杂杂杂 质(不大于)质(不大于)质(不大于)质(不大于)AsAsSbSbBiBiFeFePbPbSnSnNiNiZnZnS SP P总和总和总和总和一号铜一号铜一号铜一号铜Cu-1Cu-199.
5、9599.95 0.0020.002 0.0020.002 0.0010.001 0.0040.004 0.0030.003 0.0020.002 0.0020.002 0.0030.003 0.0040.004 0.0010.0010.050.05 电铜按纯度不同可分为电铜按纯度不同可分为(fn wi)1号铜号铜(Cu99.95%)、2号铜号铜(Cu99.9%)、3号铜号铜(Cu99.7%)、4号铜号铜(Cu99.5%)。其中。其中1号铜的标准见表号铜的标准见表10.1。第3页/共29页第四页,共29页。5 含有含有含有含有贵贵贵贵金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥,作金属和硒、碲等稀有金属的阳
6、极泥,作金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥,作金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥,作为铜电为铜电为铜电为铜电解解解解的一种副的一种副的一种副的一种副产产产产品另行品另行品另行品另行处处处处理,以便从中回收金、理,以便从中回收金、理,以便从中回收金、理,以便从中回收金、银银银银、硒、碲等元、硒、碲等元、硒、碲等元、硒、碲等元素。素。素。素。在在在在电电电电解液中逐解液中逐解液中逐解液中逐渐积渐积渐积渐积累的累的累的累的贱贱贱贱金属金属金属金属杂质杂质杂质杂质,会防碍,会防碍,会防碍,会防碍电电电电解解解解过过过过程程程程(guchng)(guchng)的正常的正常的正常的正常进进进进行。例如,增加行。例
7、如,增加行。例如,增加行。例如,增加电电电电解液的解液的解液的解液的电电电电阻和密度,阻和密度,阻和密度,阻和密度,使阳极泥沉降速度减慢,甚至在阴极上与使阳极泥沉降速度减慢,甚至在阴极上与使阳极泥沉降速度减慢,甚至在阴极上与使阳极泥沉降速度减慢,甚至在阴极上与铜铜铜铜一起共同放一起共同放一起共同放一起共同放电电电电,影响阴极影响阴极影响阴极影响阴极铜铜铜铜的的的的质质质质量。量。量。量。必必必必须须须须定期定量地抽出定期定量地抽出定期定量地抽出定期定量地抽出净净净净化,并相化,并相化,并相化,并相应应应应地地地地向向向向电电电电解液中解液中解液中解液中补补补补充新水和硫酸。抽出的充新水和硫酸。
8、抽出的充新水和硫酸。抽出的充新水和硫酸。抽出的电电电电解液在解液在解液在解液在净净净净化化化化过过过过程程程程(guchng)(guchng)中,常将其中的中,常将其中的中,常将其中的中,常将其中的铜铜铜铜、镍镍镍镍等有价元素以硫酸等有价元素以硫酸等有价元素以硫酸等有价元素以硫酸盐盐盐盐的形的形的形的形态产态产态产态产出,硫酸出,硫酸出,硫酸出,硫酸则则则则返回返回返回返回电电电电解系解系解系解系统统统统重复使用。重复使用。重复使用。重复使用。第4页/共29页第五页,共29页。6铜电解生产铜电解生产铜电解生产铜电解生产(shngchn)(shngchn)现现现现场场场场第5页/共29页第六页,
9、共29页。7二、二、铜电解解过程理程理论(lln)基基础 传统传统传统传统的的的的铜电铜电铜电铜电解精解精解精解精炼炼炼炼(jnglin)(jnglin)是采用是采用是采用是采用纯净纯净纯净纯净的的的的电电电电解解解解铜铜铜铜薄片作阴极,阳极薄片作阴极,阳极薄片作阴极,阳极薄片作阴极,阳极铜铜铜铜板含有少量板含有少量板含有少量板含有少量杂质杂质杂质杂质(一(一(一(一般般般般为为为为0.3%1.5%0.3%1.5%)。)。)。)。电电电电解液主要解液主要解液主要解液主要为为为为含有游离硫含有游离硫含有游离硫含有游离硫酸的硫酸酸的硫酸酸的硫酸酸的硫酸铜铜铜铜溶液。溶液。溶液。溶液。电电电电解精解
10、精解精解精炼炼炼炼(jnglin)(jnglin)过过过过程如程如程如程如图图图图10.110.1所示。所示。所示。所示。1 1、铜电铜电铜电铜电解解解解(dinji)(dinji)过过过过程的程的程的程的电电电电极反极反极反极反应应应应 第6页/共29页第七页,共29页。8 图图图图10.1 10.1 铜电铜电铜电铜电解解解解(dinji)(dinji)精精精精练过练过练过练过程示意程示意程示意程示意图图图图 1.1.阳极,阳极,阳极,阳极,2.2.阴极,阴极,阴极,阴极,3.3.导电导电导电导电杆,杆,杆,杆,4.CuSO44.CuSO4及及及及H2SO4H2SO4的水溶的水溶的水溶的水溶
11、液液液液 第7页/共29页第八页,共29页。9(1)阳极反应)阳极反应 阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。式式中中M为为Fe、Ni、Pb、As、Sb等等比比Cu更更负负电电性性的的元元素素。这这些些元元素素在在铜铜中中的的含含量量低低,其其电电极极电电位位更更负负,因因此此将将优优先先溶溶解解进进入入电电解解液液,同同时时铜铜也也不不断断地地溶溶解解到到电电解解液液中中。水水和和硫硫酸酸根根离离子子的的氧氧化化电电位位比比铜铜正正得得多多,其其反反应应不不可可能能进进行行。金金、银银和和铂铂族族金金属属的的电电位位更更正正,不不能被氧化进入电解液,最后
12、进入阳极泥中。能被氧化进入电解液,最后进入阳极泥中。第8页/共29页第九页,共29页。10(2 2)阴极反应)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。氢氢的的标标准准电电极极电电位位比比铜铜负负,且且在在铜铜阴阴极极上上的的超超电电位位,使使氢氢的的电电极极电电位位更更负负,所所以以在在正正常常电电解解条条件件下下不不会会析析出出氢氢。电电极极电电位位比比铜铜负负的的元元素素,也也不能在阴极上析出不能在阴极上析出。第9页/共29页第十页,共29页。113.Cu+的形成及其影响的形成及其影响 铜在电解过程中能氧化成铜在电解过程中能氧化成Cu+和和Cu2+两种离子:两种离
13、子:在平衡状态下:在平衡状态下:此时平衡常数此时平衡常数K的数据列于表的数据列于表10.1。温度温度温度温度/E Ek k/V/VCu/0.5molCuSOCu/0.5molCuSO4 4C CCuCu2+2+/(Kg/(Kg molmol L L-1-1)C CCuCu+/(g/(g molmol L L-1-1)C CCuCu2+2+/C CCuCu+252555551001000.3160.3160.3350.3350.3530.3531.0371.0371.0041.0041.0001.0003.03.03.73.789.089.034634627127111.211.2表表10.1
14、不同温度下平衡反应不同温度下平衡反应 的平衡数据的平衡数据第10页/共29页第十一页,共29页。12 平平衡衡时时Cu+浓浓度度很很小小,其其值值随随温温度度升升高高而而增增大大。Cu+在电解过程中引起以下两个负反应。在电解过程中引起以下两个负反应。(1)Cu+很不稳定,易氧化。很不稳定,易氧化。Cu2SO4+1/2O2+H2SO4=2CuSO4+H2O此此反反应应的的进进行行,不不断断(bdun)地地消消耗耗H2SO4,而而且且使使反反应应2Cu+=Cu2+Cu向向左左边边进进行行,不不断断(bdun)生成生成Cu+,以便恢复其平衡。,以便恢复其平衡。第11页/共29页第十二页,共29页。1
15、3(2)当当Cu2+浓浓度度和和温温度度降降低低时时,Cu+达达到到饱饱和和而而进行分解反应。进行分解反应。Cu2SO4 CuSO4+Cu 结结果果产产生生了了铜铜进进入入阳阳极极泥泥,降降低低阳阳极极泥泥中中贵贵金属元素的含量,并增加电解液中金属元素的含量,并增加电解液中Cu2+的浓度。的浓度。4.铜的化学溶解铜的化学溶解 在在电电解解过过程程中中电电极极和和电电解解液液界界面面上上,发发生生铜铜的的化化学学溶溶解解,导导致致电电解解液液表表面面(biomin)接接触触处处的阳极易断裂,并增加电解液中的阳极易断裂,并增加电解液中Cu2+的浓度。的浓度。Cu+1/2O2+H2SO4=CuSO4
16、+H2O第12页/共29页第十三页,共29页。145.电解过程中杂质行为电解过程中杂质行为 按按电电解解时时的的行行为为,阳阳极极上上的的杂杂质质可可分分为为四四类类(s li):第第一一类类:正正电电性性金金属属和和以以化化合合物物形形态态存存在在的的元元素素。Au、Ag和和铂铂族族金金属属为为正正电电性性金金属属,进进入入阳阳极极泥泥。少少量量的的Ag以以Ag2SO4的的形形式式溶溶解解于于电电解解液液中中,当当有有少少量量Cl存存在在时时,形形成成AgCl进进入入阳阳极极泥泥。O、S、Se和和Te以以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和和AgTe的形态进入阳极泥中。的形
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