）电解液成份…………………………………………………………………….11
（六）铜电积技术条件实例………………………………………………………….15
四、主要技术经济指标………………………………………………………………………15
（一）槽电压………………...…………………………………………………………15
（二）电流效率………………………………………………………………………...16
（三）电能消耗…………………………………….…………………………………..16
（四）铜电积回收率………………………………………………………………….17
（五）铜电解电化当量………………...………………………………………………17
五、设备配置与操作…………………………………………………………………………18
（一）电路联接……………………...…………………………………………………18
（二）电解液循环系统………………………………………………………………...19
（三）电解槽…………………………………………………………………………...20
（四）阳极……………………………………………………………………………...20
（五）始极片及种板…………………………………………………………………...21
（六）操作……………………………………………………………………………...22
1、开槽………………………………………………………………………….….22
2、槽面管理………………………………………………………………………..22
3、出槽……………………………………………………………………………..23
4、装槽……………………………………………………………………………..24
（七）常见问题及处理………………………………………………………………...24
1、阴极挂耳断裂……………………………………………………………..……24
2、阴极铜长粒子…………………………………………………………………..24
3、阴极铜发脆或沉积不均匀……………………………………………………..25
六、电积铜标准………………………………………………………………………………25
1、化学成份……………………….……………………………………………….25
2、物理规格……………………………………………………………………….26
3、取样方法……………………………………………………………………….26
一、
概述
1、
铜的性质
纯铜呈玫瑰红色，有展性、延性和韧性。固态纯铜的比重为8.9，熔融时的比重为8.22。铜的熔点为1083℃，熔化热为3110卡/克原子（或49卡/克），液态铜的热熔为7.5卡/度克原子（或1.108卡/度），铜是热和电的良导体，铜的主要用途制作导线，铜与许多金属组成各种合金，常见的合金有黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）、铝青铜（铜铝合金）、铍青铜（铜铍合金）和白铜（铜镍合金）等，这些合金广泛地用于各个工业部门。
2、
阴极铜的生产工艺
（1） 电解精练
火法炼铜产出的铜的铜阳极含Cu一般为99.2-99.7％，其中还含有0.3-0.8％的杂质。为了提高铜的质量，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金属，尤其是贵金属、铂族金属和稀散金属，必须进行电解精练。
铜的电解精练以粗铜为阳极，以始极片为阴极，以硫酸铜的水溶液作电解液。在直流电的作用下，阳极铜进行电化学溶解，纯铜在阴极上沉积，杂质进入阳极泥和电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。近年来发展的艾萨（ISA）精练法以不锈钢为阴极，省去了种板槽和始极片加工过程。
（2） 电积
电积也称不溶性阳极电解。它是以铜的始级片或不锈钢做阴极，以合金板为阳极。湿法炼铜经过浸出-萃取之后得到的纯净硫酸铜溶液通过此法得到的阴极铜。
这两种方法的主要不同点是：
①
电解精练使用的阴极是在电流的作用下可以溶解的粗铜，而电解沉积作用的是不溶阳极（如Pb-Ag,Pb-Sb,Pb-Ca-Sn合金等
）它只用来将电流传递到电解液以及供阴离子放电用，其自身不发生电化学溶解。
电解精练在阳极和阴极上进行的电化学反应是：
阳极
Cu-2e=Cu
2+
H2O-2e=2H
+
+1/2O
2
阴极
Cu
2+ +2= Cu
②铜电解精炼时，电解液的成分铜和酸几乎是不变的如果不考虑杂质积累。而电积过程，电解液中的铜离子将逐渐减少，而酸的浓度逐渐增加，为了保持电解条件的基本稳定，要求电极溶液有一定的循环量。
③
电解精炼是通过直流电的作用将粗铜阳极的铜溶解成为铜的阳离子从粗铜阳极迁移的过程，大部分电能消耗在克服电解液的电阻，在阳极上溶解金属铜所消耗的电能为沉积在阴极上所产生的电能所抵偿。槽电压一般只有0.25-
0.30伏，生产一吨电铜的电能消耗大约50-400Kwh/t。铜电积时电能主要在分解硫酸铜，硫酸铜的分解电压为1.49伏，用于克服电解液电阻消耗的电压是次要的。总之，铜电积的电能消耗比电解精练高得多，槽电压通常为1.8-2.2伏，直流电耗为每吨电解铜2000-2500Kwh/t。
④电解沉积过程中，电积上有气泡析出，它引起的电极的化学极化，增加电沉积过程的电能消耗，而电解精练时，这种极化作用非常小。
⑤电解沉积溶液一般要比电解精练的溶液含有的杂质多（Fe
+3 等
），它们会产生电化学腐蚀，造成阴极断耳，阴极铜反溶解，降低电流效率等有害作用。但采用溶剂萃取法获得的电解液含杂质非常少。
二、
铜电积的基本概念
铜的水溶液电沉积过程是个电化学过程，也就是说，在外电场的作用下
，溶液中的硫酸铜（CuSO
4）分解成铜离子（Cu
2+）和（SO
42+），铜离子在电场的作用下在阴极获得电子（e）还原成金属铜，并沉积在阴极上。溶液中的水分子则在电场的作用下分解成氢离子（H
+）和氢氧根离子（OH
-），OH
-在阳极失去电子，析出氧气，由于溶液中Cu
2+
和OH
-的存在，分解出来的SO
42-和H
+不能在电积上形成放电反应，故只能在溶液中以如下形式存在
SO
42-+2 H
+
=H
2SO
4
在铜电积过程中，阴极每析出1摩尔铜63.5克相应在溶液中生产1摩尔硫酸98克,实际生产通常用每生产1公斤金属铜产出1.54公斤硫酸的近似值.
一关于电的基本概念
电流强度
单位为安培A,在专用仪器内每秒钟能从硝酸银溶液中析出1毫克当量的银所需的恒定电流称国际安培。该仪器称库仑计。
电 量
电量单位为库仑。国际库仑是每秒钟通过1安培电流所产生的电量。实用单位为1安培小时
3600库仑。1法拉第= 96500库仑26.8安小时 ( 96500/3600)。
电 动 势
电动势的单位为伏特，即1欧姆电阻导线上通过的电流所产生的电位差，即
E=I×R
其中
E为电位差（伏特）
I为电流强度（安培）
R为电阻（欧姆）
电 能
电能单位为焦耳或伏特库仑。1库仑电量通过导体时产生的电能为1焦耳，实用单位是1千瓦小时（1度电）=3.6*10
6焦耳=1.359马力小时。
（二）电化学的基本概念
1、
元素的电化序；
不同元素的氧化还原性的强弱不同是由其标准电位决定的，依其标准电位的大小顺序排列为电化序。元素的电化序是以氢电极电位（伏特）为零作为强度衡量的标准。某些金属元素的电化序列于表1。
表1
某些金属元素的电化序
还原剂
氧化剂 +e
标准电位（伏特）
|
Mn0
Mn2+
+2e
-1.18
Zn0
Zn 2+ +2e
-0.762
Cr0 Cr2+
+2e
-0.557
Fe0 Fe2+
+2e
-0.441
Cd0 Cd2+
+2e
-0.402
Co0 CO2+
+2e
-0.277
Ni 0 Ni 2+
+2e
-0.230
Pb0 Pb2+
+2e
-0.126
H0 H2+
+2e
0.00
Cu0 Cu2+
+2e
+0.346
Fe2+ Fe3+
e
+0.771
Hg0 Hg 2+
+2e
+0.852
|
标准电极电位负值越大的元素的还原性越强，更易失去电子，属于较强的还原剂；标准电位越大的元素，氧化性越强更容易获得电子，是较强的氧化剂。例如
Fe
0/Fe
2+ 的
标准电极电位E
Fe0/Fe2+=-0.441伏，Cu
0/Cu
2+ 的E
Cu0/Cu2+=
+0.346伏，所以铁屑能将溶液中的Cu
2+置换成海绵铜，而铁本身则溶解成
Fe
2+离子。电化序在电积中的应用也很普遍。如硫酸铜溶液电积时，由于Cu
0比H
2更具有正电性，所以在阴极上只有金属铜沉淀析出，而氢不放出。铜电积液中通常含有铁离子，而Fe
2+/
Fe
3+的标准电积电位较Cu
0/Cu
2+的正，这就使铜电积产生以下不利影响，一方面Fe
3+较铜离子更容易在阴极反应，消耗电能，降低电流效率，另一方面该反应铜离子析出的标准电极电位更正，因此它可以使阴极铜溶解，这种作用特别是溶液和空气界面附近更为显著，这种作用除了降低铜电积的电流效率之外，还会使阴极铜挂耳腐蚀断裂，增加铜电积生产的困难。由于以上原因，生产实践中应设法控制电积液中铁的浓度，一般控制在3g/L以下时对铜电积将没有什么不良影响。
2．极化作用
电流通过电极的情况下，引起电极平衡的破坏，这种由于通过电流而引起的平衡破坏称电解极化。脱离平衡状态的电极则称极化电极，极化作用是由于离子放电或离子形成时电极上所进行某种缓慢性而产生。容易极化的电极称
不可逆电极。
产生极化的原因有两种，一是浓差极化。这是因为金属离子在阴极沉积，溶液中的离子（如Zn
2+，Cu
2+等）来不及向阴极迁移，阴极附近金属离子浓度降低造成。金属电解沉积时产生的极化大多数属于浓差极化。提高电解液温度，增大电解液循环量，降低电流密度，都可以改善浓差极化，但不能消除。二是电化学极化，这是由于金属离子在阴极沉积或不溶性阳极气体析出十所产生的某种缓慢步骤所形成。通常情况下，后一种作用是不大的。
3．分解电压与超电压
电解时能使电流继续稳定地通过电解液并使电解液开始电解的最低电压称为
分解电压。如电沉积铜时，在铜阴极上的电极反应为：
Cu
2++2e→Cu
0
E
0=0.34伏
在铅阳极上的反应为：
H
2O-2e→H
++1/2O
2
E
0=1.229伏
在一定条件下，只有当两个电极的电位都达到了各自的平衡电极电位以后，这两个反应才能进行，因此，电解时就必须对电解槽的阴、阳极施加一定的外电压。如果两个电极反应都的进行都毫无阻滞的话，则当外电压等于两个电极的平衡电位之差（E
A-E
0=0.
89伏）时阴阳极就达到了各自的平衡电极电位，铜就开始在阴极析出，这时的外家电压是使电解过程得以进行的最小电压，称为
理论分解电压。因此它是电解时首先要克服的阻力。
实际进行电解时，所用的分解电压和理论分解电压（数值对于可逆电位）的差值称为
超电压，超电压与电极材料、温度、电流密度、溶液浓度等因素有密切关系，超电压可能同时产生在两个电极上。由于超电压的存在，使某些金属电解的电能消耗增加。如电解铜时，由于铅阳极析出气体的超电压为0.5伏特，阴极超电压为0.05伏，因此铜的实际分解电压为1.4399伏。故其超电压为0.55伏。
然而在实际产生中，超电压对某些金属的电积有形式意义。如锌电积时，锌的标准电积电位为-0.762伏，而氢的标准电积电位为0.00，E
Zn更具有负电性，一般情况下，阴极首先析出氢气而锌不沉积，这样锌电积生产就无法进行。但是氢在锌上有很高的超电压。如电流密度500A/米时的氢的超电压是-0926伏，这样就使电解法产生锌成为可能。
（四）
铜电积的槽电压分布
铜电积过程电能消耗与电压有直接关系，槽电压由以下部分组成：
1.
阴、阳极可逆电位，或称理论分解电压。在标准状态下，某一反应过程的标准电位是一定的，对于硫酸-硫酸铜水溶液并用铅合金阳极进行电积时，其理论分解电压为0.
89伏。
2.
阴极超电压，这是指铜在阴极析出时超电压。在铜电积时，这项电压降比较小，一般不超过0.1伏。
3.
阳极超电压。在硫酸盐溶液体系中，铅合金阳极析出氧的超电压比较大，且与电流密度有关。当电流密度为200A/M
2时，阳极超电压为0.5-0.9伏
4.
电解液电阻所产生的电压降，起大小与电解液（硫酸浓度、铜离子浓度和其他金属离子的浓度）温度及极间距有关，硫酸-硫酸铜电解液电阻产生的电压降通常在0.2-0.5伏之间。
5.
金属导电排和接触点电阻所产生的电压降，它与设备条件，操作状况有关。在40℃时铜母液线的比电阻是0.50139欧姆毫米
2/米，为了降低电极等导电铜棒与导电铜排之间的接触电压，应定期清擦接触点。
综上所述槽电压表示如下：
U
槽=U
理分+U
阳极+U
阴极+IR
1+IR
2
式中： U
槽——
槽电压
伏
U
理分——
理论分解电压
伏
U
阳极——
阳极超电压
伏
U
阴——
阴极超电压
伏
R
1——
电解液电阻
伏
R
2——
电路中金属导体和接触电阻
欧姆
实际生产中，除理论分解电压 （ U
理分
）外，其它项目的电压降均可随某些条件而变化。这些条件是降低电解槽电压，节省电能消耗的重要因素。
表2列出了常规铜电积的槽电压分布实例。由表2可以看出阳极超电压占电解槽电压25%，其次是电解液电阻引起的电压降，约为17%。
表2 常规铜电积槽电压实例
项目
|
电压（伏）
|
比例（%）
|
阴极可逆电位
|
0.346
|
|
阴极超电位
|
0.050
|
|
阴极电位E阴
|
0.296
|
|
阳极可逆电位
|
1.229
|
|
阳极超电位
|
0.50
|
|
阳极电位E阳
|
1.729
|
|
分解电压E阴
–E阳
|
1.433
|
71.65
|
电解液电阻电压降
|
0.340
|
17.00
|
触电电压降
|
0.05
|
2.50
|
铅阳极电压降
|
0.01
|
0.50
|
母线电压降
|
0.077
|
3.85
|
其它
|
0.09
|
4.5
|
槽电压总和
|
2.00
|
100.00
|
未完,待续.
本人电子邮箱:
sxtygsycj@163.com
