銅電解精煉工藝

1、電解分廠電解分廠 2016-06-10主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述二二、銅電解精煉理論基礎(chǔ)、銅電解精煉理論基礎(chǔ)三三、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作實(shí)踐實(shí)踐四四、陰極銅質(zhì)量控制、陰極銅質(zhì)量控制五、銅電解液凈化五、銅電解液凈化電解精煉的目的：將火法精煉產(chǎn)出的陽極銅進(jìn)一步提純，并回收有價(jià)金屬的過程。跨別跨別投產(chǎn)時(shí)間投產(chǎn)時(shí)間 設(shè)計(jì)能力（萬噸設(shè)計(jì)能力（萬噸/ /年）年） 電解槽總數(shù)（臺(tái)）電解槽總數(shù)（臺(tái)）5-65-6跨跨19971997年年10105125127-87-8跨跨20042004年109-10跨跨201020

2、10年年1818784784合計(jì)合計(jì)4343203220321、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述電解槽數(shù)量確定電解槽數(shù)量N=（設(shè)計(jì)產(chǎn)量*106）/（生產(chǎn)天數(shù)*小時(shí)*作業(yè)率*電流*電效*1.186）N=(150000 *106）/（350*24*96%*22000*97%*1.186)N=150000/204N=736每槽始極片數(shù)量的確定Nc=I/DkFc=電流/電流密度*始極片面積=22000/280*0.86*0.88*2=52槽子長(zhǎng)度=52*85+200*2=4820槽子寬度=880+55*2=990槽子深度=880+105+200=1185 銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽極板，用純

3、銅薄片作為始極片（陰極片），相間地裝入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液，在直流電的作用下，陽極上的銅和電位較負(fù)的賤金屬進(jìn)行電化學(xué)溶解進(jìn)入電解液，而貴金屬不溶，成為陽極泥沉于電解槽底。在陰極，銅離子得到電子，在陰極結(jié)晶析出，得到產(chǎn)品陰極銅，而其它電位較負(fù)的賤金屬不能在陰極上析出，留于電解液中，待電解液定期凈化時(shí)除去。 含有貴金屬和硒、碲等稀有金屬的陽極泥，作為銅電解的一種副產(chǎn)品另行處理，以便從中回收金、銀、硒、碲等元素。有始極片生產(chǎn)制作工序流程長(zhǎng)無始極片制作工序流程短機(jī)械化、自動(dòng)化程度高傳統(tǒng)電解工藝PC電解工藝銅電解工藝按陰極的不同類型主要分為：電解電解5-85-8跨跨9-109-10跨

4、跨2、銅電解精煉工藝分類、銅電解精煉工藝分類傳統(tǒng)電解傳統(tǒng)電解PCPC電解電解電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備流程圖電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備流程圖主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述二二、銅電解精煉理論基礎(chǔ)、銅電解精煉理論基礎(chǔ)三三、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作實(shí)踐實(shí)踐四四、陰極銅質(zhì)量控制、陰極銅質(zhì)量控制五、銅電解液凈化五、銅電解液凈化 銅電解精煉過程，主要是在直流電的作用下，銅在陽極上失去電子后以Cu2+的形態(tài)溶解，而Cu2+在陰極上得到電子以金屬銅的形態(tài)析出的過程。除此之外，還不可避免地有Cu+的產(chǎn)生，并引起一系列的副反應(yīng)，使電解過程復(fù)雜化。 如果技術(shù)條件控制

5、得當(dāng)，那么在陽極和陰極上發(fā)生的主要反應(yīng)為： 陽極反應(yīng)（銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)）：Cu-2e=Cu2+ E0Cu/Cu2+=0.34V 陰極反應(yīng)（銅的還原反應(yīng)） ：Cu2+2e=Cu E0Cu/Cu2+=0.34V1、銅電解精煉電極反應(yīng)、銅電解精煉電極反應(yīng) 銅電解精煉的陽極板是一種含有多種元素的合金。除去主金屬元素銅之外，通?？蓪㈥枠O銅中的雜質(zhì)分為以下四類： （1）比銅顯著負(fù)電性的元素：鋅、鐵、鎳； （2）形成不溶化合物的元素：鉛、錫； （3）比銅顯著正電性的元素：銀、金、鉑族元素； （4）電位接近銅但較銅負(fù)電性的元素：砷、銻、鉍；2、陽極雜質(zhì)在電解過程中的行為、陽極雜質(zhì)在電解過程中的行為陽極上

6、的銅和比銅更負(fù)電性的金屬電化溶解電化溶解以離子狀以離子狀態(tài)進(jìn)入電態(tài)進(jìn)入電解液解液電解液中的銅離子在陰極上電化析出成為陰極銅電解液中比銅更負(fù)電性的離子聚集在電解液中在凈液時(shí)除去比銅更正電性的金屬和某些難容化合物不溶于不溶于電解液電解液以陽極泥以陽極泥形態(tài)沉淀形態(tài)沉淀于電解槽于電解槽綜合回收其中的金、銀、硒、碲等稀貴金屬銅電解車間的電路聯(lián)接銅電解車間的電路聯(lián)接1.陽極導(dǎo)電排，24中間導(dǎo)電板，5.陰極導(dǎo)電排 同一跨電解槽間連接為串聯(lián)；電解槽內(nèi)同名電極間為并聯(lián)；電解槽內(nèi)相鄰陰、陽極間連接為串聯(lián)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述二二、銅電解精煉理論基礎(chǔ)、銅電解精煉理論基礎(chǔ)三三、銅電解

7、精煉主要工藝條件控制及操作、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作實(shí)踐實(shí)踐四四、陰極銅質(zhì)量控制、陰極銅質(zhì)量控制五、銅電解液凈化五、銅電解液凈化1、主要技術(shù)條件、主要技術(shù)條件 銅電解精煉所用的電解液為硫酸和硫酸銅組成的水溶液。這種溶液導(dǎo)電性好，揮發(fā)性小，且比較穩(wěn)定，使電解過程可以在較高的溫度和酸度下進(jìn)行。為保證電解的正常進(jìn)行，電解液需保持一定的溫度，一般為5865。提高電解液的溫度，能改善Cu2+的傳質(zhì)條件，有利于降低電解液的粘度，使飄浮的陽極泥容易沉降，增加各種離子的擴(kuò)散速度，減少電解液電阻，從而提高電解液的電導(dǎo)率、降低電解槽的電壓降，以減少銅電解生產(chǎn)的電能消耗。成分成分H2SO4Cu2+Ni2+A

8、s3+Sb3+Bi3+Fe3+Cl-含量（含量（g/L）150-17040-60257151140.51.1 電解液的成分及溫度電解液的成分及溫度1.2 陽極陽極 陽極耳部分為兩種，一種是兩耳一長(zhǎng)一短，另一種陽極兩耳一樣大。成分：成分：Cu99.0%Cu99.0%塊重：塊重：2702705kg5kg規(guī)格規(guī)格：870 870 840mm 840mm 成分：成分：Cu99.0%Cu99.0%塊重：塊重：2852855kg5kg規(guī)格規(guī)格：900 900 840mm 840mm 為了在銅電解中獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，除了控制陽極銅的化學(xué)成份外，還要求陽極具有良好的物理規(guī)格。大小耳大小耳對(duì)稱對(duì)稱耳耳 陽

9、極板內(nèi)在品質(zhì)主要指主金屬銅的品位和雜質(zhì)含量，根據(jù)云銅電解生產(chǎn)的特點(diǎn)和要求，進(jìn)入電解生產(chǎn)的陽極銅化學(xué)成份應(yīng)滿足下表的要求。 陽極外形品質(zhì)主要指陽極板的塊重、厚薄、彎扭、平直度、飛邊、毛刺、鼓包、氣孔、冷隔層和夾渣等控制指標(biāo)。1.3 陰極陰極 始極片的尺寸通常比所用陽極的尺寸略大，即比陽極銅板長(zhǎng)1060mm，寬2070mm；始極片的厚度由很多因素來決定，如對(duì)電解銅質(zhì)量的要求、所采用的電流密度、機(jī)械加工能力、電解周期等。 永久不銹鋼陰極板。21電解液循環(huán)的作用通過電解液循環(huán)對(duì)溶液起到攪拌作用，使電解槽中各部位的電解液成份更趨于一致，并將熱量和添加劑傳遞到槽中。經(jīng)過過濾，濾除電解液中所含的懸浮物，以保

10、持電解液具有生產(chǎn)高質(zhì)量陰極銅所需的清潔度。1.4 電解液電解液的循環(huán)的循環(huán)22下進(jìn)液上出液方式：優(yōu)點(diǎn)：電解液充分混合，減少濃差極化，浮在液面上的懸浮物易從漏斗溢出，電解槽內(nèi)的溫度、溶液成份、添加 劑成份分布都很均勻。缺點(diǎn)：電解液流動(dòng)方向與陽極泥沉降方向相反，不利于陽極泥沉降，影響陰極銅質(zhì)量，增加貴金屬損失。1.5極間距極間距 極間距離通常以同名電極（同為陽極或陰極）之間的距離來表示。縮短極間距離優(yōu)點(diǎn)：可以提高單個(gè)電解槽的利用率，幾乎可以在不增加設(shè)備的條件下提高產(chǎn)量，同時(shí)可以降低電解液電阻，即降低電解槽的電壓降和電解銅的直流電耗。 縮短極間距離缺點(diǎn)： 會(huì)使陽極泥在沉降過程中附著在陰極表面的可能性

11、增加，不但會(huì)造成貴金屬損失增加，而且還會(huì)污染陰極表面。會(huì)大大增加陰陽極之間短路的機(jī)會(huì)，引起電流效率下降，為消除短路，則必然消耗大量勞動(dòng)。 生產(chǎn)實(shí)踐表明，通常極間距每增加10，槽電壓要增加43mv。因此縮短極距是降低槽電壓和電解直流電耗的有效措施之一。24 電流密度一般是指陰極電流密度，即單位陰極板面積上通過的電流強(qiáng)度。工廠中采用的電流密度單位是A/m2。 電流密度是銅電解精煉中最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，也是影響金屬沉積物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一個(gè)主要因素。1.6 電流密度電流密度提高電流密度有以下一些優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 1.可以在不增加設(shè)備的條件下，提高產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。對(duì)于新建工廠，則可以在保證同樣

12、生產(chǎn)能力的前提下，減少電解槽數(shù)，節(jié)約投資； 2.產(chǎn)量增加，則單位產(chǎn)品的勞動(dòng)工資和維修費(fèi)用相應(yīng)減少； 缺點(diǎn)： 1.提高電流密度會(huì)增加電能消耗； 2.提高電流密度則相應(yīng)應(yīng)提高電解液循環(huán)量，使金銀損失增大；電流密度在220300A/m2的范圍內(nèi)，每增加1A/m2槽電壓大約增加1mv，直流電耗約增加0.8kwh/ t陰極銅。2、主要指標(biāo)、主要指標(biāo)2.1 優(yōu)質(zhì)品率優(yōu)質(zhì)品率 指生產(chǎn)的合格陰極銅塊數(shù)占所產(chǎn)陰極銅總塊數(shù)的比例。陰極銅是公司的最終產(chǎn)品，直接面對(duì)市場(chǎng)和用戶。電解精煉作為陰極銅生產(chǎn)的最后工序，產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)至關(guān)重要。因此，陰極銅的品質(zhì)一直被視為電解生產(chǎn)的重中之重。電流效率： 根據(jù)法拉第定

13、律，通過1安培小時(shí)電量在陰極析出的銅應(yīng)該為1.1852克，實(shí)際電解過程中有少量電漏失，導(dǎo)致實(shí)際析出銅量少于理論析出銅量。實(shí)際析出量與理論析出量的比值即為電流效率。式中： Q實(shí)際析出銅量（g）； M理論析出銅量（g）； 電流效率（%）。 2.2 電流效率電流效率影響電流效率因素分析：影響電流效率因素分析：電流效率低電解的副反應(yīng)極間短路槽間導(dǎo)電板請(qǐng)理不干凈陽極板物理規(guī)格不好始極片有彎曲、卷角現(xiàn)象陰極析出粗糙、長(zhǎng)粒子凸瘤電解槽漏電電路漏電設(shè)備漏電2.3 陰極銅電耗陰極銅電耗 銅電解精煉的電能消耗，是按每生產(chǎn)1t陰極銅所消耗的直流電進(jìn)行計(jì)算，或是按總電能消耗（交流電耗）計(jì)算。電能消耗能夠可以比較直觀地

14、反映出電解生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果。Ece = (an-ca) + El + Econ + Ep 式中：式中：其中其中Ece為槽電壓，為槽電壓，an為陽極電位，為陽極電位，cn為陰極電位，為陰極電位，El為電解液電壓為電解液電壓降，降，Econ為導(dǎo)電棒上的電壓降，為導(dǎo)電棒上的電壓降，Ep為各接觸點(diǎn)電壓降。為各接觸點(diǎn)電壓降。 W =1000E /(1.1852）式中：式中：W直流電耗，直流電耗，kW.h/t；E槽電壓，槽電壓，V；電流效率，；電流效率，；1.1852 銅的電化當(dāng)量，銅的電化當(dāng)量，g/（Ah）主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述二二、銅電解精煉理論基礎(chǔ)、銅電解精煉理

15、論基礎(chǔ)三三、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作實(shí)踐實(shí)踐四四、陰極銅質(zhì)量控制、陰極銅質(zhì)量控制五、銅電解液凈化五、銅電解液凈化1、陰極銅質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（、陰極銅質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 467-2010）陰極銅表面應(yīng)潔凈，無污泥、油污、電解殘?jiān)耐鈦黼s物。陰極銅表面（包括吊耳部分），綠色附著物總面積不大于單面面積的1%。因潮濕空氣的作用，使陰極銅表面氧化而生產(chǎn)暗綠色者不作廢品。陰極銅表面和邊緣不得有呈花瓣?duì)詈蜆渲罱Y(jié)粒（允許修整） 。陰極銅表面5以上圓頭密集粒子面積不大于單面面積的10%（允許修整）?；瘜W(xué)成分（化學(xué)成分（ppmppm）表面質(zhì)量表面質(zhì)量2、陰極銅長(zhǎng)粒子原因分析、陰

16、極銅長(zhǎng)粒子原因分析陰極銅長(zhǎng)粒子陰極銅長(zhǎng)粒子固體顆粒附著于陰極而引起的粒子固體顆粒附著于陰極而引起的粒子添加劑配比不當(dāng)而引起的粒子添加劑配比不當(dāng)而引起的粒子局部電流密度過高而引起的粒子局部電流密度過高而引起的粒子2.1固體顆粒附著于陰極而引起的粒子固體顆粒附著于陰極而引起的粒子u 金屬銅粉的附著。一價(jià)銅離子不穩(wěn)定，或自行分解析出銅粉，發(fā)生的反應(yīng)為：2Cu+ = Cu （粉）+ Cu2+。uCu2O的粘附。新陽極若在裝槽前未經(jīng)酸泡洗除凈表面的Cu2O，或澆注產(chǎn)生的鼓包內(nèi)有Cu2O粉存在，鼓包在陽極校整時(shí)基本上都破裂，但鼓包內(nèi)部Cu2O粉被帶入電解過程中若未與硫酸充分作用時(shí)，即可能以Cu2O薄片粘附

17、于陰極，以此為基點(diǎn)生長(zhǎng)出疏松的片狀粒子。u 陽極泥的粘附。陽極泥在沉降過程中粘附于陰極表面。u 飄浮陽極泥的粘附。飄浮陽極泥由于密度小，粒度小到幾微米，難于沉降，因此在電解液中飄浮，極易粘附在陰極銅的表面，成為銅粒子的生長(zhǎng)中心，或夾雜于陰極銅的裂隙中，而影響陰極銅的化學(xué)品質(zhì)。2.2添加劑添加劑配比不當(dāng)而引起的粒子配比不當(dāng)而引起的粒子 明膠硫脲氯離子，當(dāng)它們的配比不當(dāng)時(shí)，可使陰極銅長(zhǎng)粒子。 添加劑是指以較少量加入電解液中，起著調(diào)節(jié)沉積物物理性質(zhì)，如光澤度、平滑度、硬度和韌性等特殊作用的物質(zhì)。銅電解精煉所采用的添加劑多為表面活性物質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)銅電解廠普遍采用的添加劑有膠、硫脲和鹽酸等。實(shí)踐表明加

18、入適量的添加劑是獲得結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、氣體和其它有害雜質(zhì)含量少的優(yōu)質(zhì)陰極銅的有效措施之一。以至于有人說，沒有添加劑就沒有工業(yè)化銅電解。2.3局部局部電流密度過高而引起的電流密度過高而引起的粒子粒子 陽極不平整或陰極板面存在彎曲現(xiàn)象時(shí)，在陽極凸出處或始極片彎曲卷角處，均因陰、陽極間距離太近，使電流分布過大、電力線集中，首先使該部位結(jié)晶粗糙，進(jìn)而長(zhǎng)出密集細(xì)小的圓粒子。 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表明，因陽極不平整或陰極板面彎曲造成陰極銅板面生長(zhǎng)較多粒子，這類陰極銅被作為不合格產(chǎn)品挑撿出來，其數(shù)量占所有外形不合格陰極銅的40%以上，因此，始極片的垂直度和陽極在槽內(nèi)的懸垂度是銅電解精煉工藝中非常重要的指標(biāo)。3、應(yīng)對(duì)措

19、施、應(yīng)對(duì)措施u 槽面作業(yè)人員兩極入槽做到平直、等距置中、對(duì)齊，減少短路和杜絕對(duì)偏，使電流密度在板面均勻分布。u 根據(jù)公司陽極銅質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)入槽陽極進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)。杜絕外型不合格陽極入槽，對(duì)主品位低、雜質(zhì)含量高的陽極進(jìn)行電解，采取二次干裝來加強(qiáng)兩極入槽管理，采取電解液置換，加強(qiáng)對(duì)電解液的凈化和過濾。u 加強(qiáng)按工藝技術(shù)要求對(duì)電解液溫度和流量的檢測(cè)控制。合理調(diào)配添加劑加入量。u 在確保電銅質(zhì)量的前提下，根據(jù)產(chǎn)量要求合理調(diào)控電流密度。主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、銅電解精煉概述、銅電解精煉概述二二、銅電解精煉理論基礎(chǔ)、銅電解精煉理論基礎(chǔ)三三、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作、銅電解精煉主要工藝條件控制及操作實(shí)

20、踐實(shí)踐四四、陰極銅質(zhì)量控制、陰極銅質(zhì)量控制五、銅電解液凈化五、銅電解液凈化 在銅電解精煉過程中，電解液的成分不斷地發(fā)生變化，銅離子濃度不斷上升，雜質(zhì)也在其中不斷積累，而硫酸濃度則逐漸降低。為了維持電解液的中銅、酸含量及雜質(zhì)濃度都在規(guī)定的范圍內(nèi)，就必須對(duì)電解液進(jìn)行凈化和調(diào)整，以保證電解過程的正常進(jìn)行。 電解液凈化的目的是： a、脫出電解液中砷、鈣、鎂等雜質(zhì)； b、回收銅、鎳、金、銀、銻、鉍等有價(jià)金屬； c、對(duì)電解液中的陽極泥和懸浮物進(jìn)行過濾分離，確保電解液的清澈、純凈； d、維持電解液銅、酸濃度的平衡，滿足生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)電解液成分控制的要求。1、銅電解液凈化概述、銅電解液凈化概述電解液凈化系統(tǒng)工藝流程圖電解液凈化系統(tǒng)工藝流程圖1.1 硫酸銅生產(chǎn)硫酸銅生產(chǎn)主要設(shè)備名稱主要設(shè)備名稱配置情況配置情況蒸發(fā)槽（臺(tái)）蒸發(fā)槽（臺(tái)）10m10m/18/18臺(tái)臺(tái)結(jié)晶槽（臺(tái)）結(jié)晶槽（臺(tái)）5m5m/16/16臺(tái)臺(tái)立式離心機(jī)立式離心機(jī)6 6臺(tái)臺(tái)p并聯(lián)循環(huán)連續(xù)電積脫砷法并聯(lián)循環(huán)連續(xù)電積脫砷法陽極：陽極：Pb-Ca-SnPb-Ca-Sn合金鉛陽極合金鉛陽極陰極：銅