电解铜

电解铜-前言

铜的电解提纯：将粗铜（含铜99％）预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸(H2SO4)和硫酸铜(CuSO4)的混和液作为电解液。通电后,

铜从阳极溶解成铜离子(Cu)向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜（亦称电解铜）。粗铜中杂质如比铜活泼的铁和锌等会随铜一起溶解为离子（Zn和Fe）。

由于这些离子

与铜离子相比

不易析出，所以

电解时只要适

当调节电位差

即可避免这些

离子在阳极上

析出。比铜不活泼的杂质如金和银等沉积在电解槽的底部。这样生产出来

的铜板，称为“电解铜”，质量极高，可以用来制作电气产品。沉淀在电解槽底部的称为“阳极泥”，里面富含金银，是十分贵重的，取出再加工有极高的经济价值。

工方法及工艺流程

1.铜冶炼的原料

炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类：

（1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)等。（2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿

[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。

（3）自然铜。铜矿石中铜的含量在1％左右（0.5％～3％）的便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。

除了铜精矿之外,废铜亦为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右),一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。湿法冶炼：湿法冶炼

一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。现代湿法冶炼有硫

酸化焙烧－浸出－电积，浸出－萃取－电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计2009年可达总产量的25%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。

2、铜冶炼的过程及方法

铜的冶炼方法可分为两类：火法冶金和湿法冶金。世界上精铜产量的85％以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的，湿法冶金生产的精铜只占15％左右。

（1）铜矿石的冶炼过程：

从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。以黄铜矿为例，首先把精矿砂、熔剂（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入“密闭”鼓风炉中，在1000℃左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为SO2（用于制硫酸），大部分的砷、锑等杂质成为AS2O3、Sb2O3等挥发性物质而被除去：2CuFeS2＋

O2=Cu2S＋2FeS＋SO2↑。一部分铁的硫化物转变为氧化物：2FeS＋3O2=2FeO ＋2SO2↑。Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”（主要由Cu2S 和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在20％～50％之间，含硫率在23％～27％之间），FeO跟SiO2形成熔渣：FeO＋SiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分杂质。然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（1100～1300℃）。由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO，跟熔剂结合成渣，而后Cu2S才转变为Cu2O，Cu2O跟Cu2S反应生成粗铜（含铜量约为98.5％）。2Cu2S＋3O2=2Cu2O＋2SO2↑，2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑，再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。得到的精铜约含铜99.7％。

（2）冶炼的方法铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼

仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术

正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。火法冶炼: 通

过熔融冶炼和电解铜精矿火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20－30％，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9％的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95％，但因矿石中的硫再造硫和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。

（1）火法冶金

火法炼铜的方法很多，主要有：鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、闪速熔炼、电炉熔炼等。从以上炼铜的工艺流程图看出：硫化铜精矿（含铜量为13％－30％）可以采用几种不同的冶金方法进行熔炼，得到冰铜，再经过转炉吹炼得到含铜大于97．5％的粗铜，因粗铜的质量仍满足不了工业用铜的要求，

必须精炼后得到的精铜要求含铜99．95％以上。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。

在中国，从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金的方法，目前，比较先进的是闪速熔炼，其产量占全国产铜量的30％以上。由于能耗低，规模大，能有效控制环境污染等优点。这一冶炼技术正在炼铜工业上得到日益发展。闪速熔炼根据不同炉型的工作原理可分为两种类型：Outokumpu闪速熔炼、InCo闪速熔炼。以下介绍Outokumpu熔炼的工艺流程。

炼铜工艺流程图

湿法冶金在许多情况下与火法相配合的。其过程的主要化学反应是在水溶液中进行的。铜（锌）矿物预先通过氧化或硫酸焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化电积、以提取电解铜。通常有RLE法、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等。从焙烧→浸出→净化→电积，简称RLE法。其生产流程，湿法冶金主要适用从低品位氧化矿、废矿堆及浮选尾

矿中提取金属铜。

Outokumpu熔炼的工艺流程

（2）湿法冶金

湿法炼铜，古书记载“曾青得铁则化为铜”，“曾青”即硫酸铜溶液，向其中加入铁，由于铁的金属活泼性强于铜，所以可将铜元素置换，得到单质铜，这就是湿法炼铜。特指用铁与硫酸铜反应制铜Fe+CuSO4==Cu+FeSO4。

没有水的环境反应生成铜单质，叫干法，反之叫湿法。如干法：氢气还原氧化铜。湿法，铁还原硫酸铜等。

湿法铜主要是针对低品位氧化铜矿。铜矿分氧化矿和硫化矿二种，硫化矿可通过浮选的方法进行富集产出高品位（20%以上）精矿进行火法熔炼、电解得到电解铜。氧化矿的选矿富集非常困难，目前火法只能对付富的氧化铜矿。低品位氧化铜矿只能通过湿法冶金的方法，标准流程是：浸出—萃取—电积，得到阴极铜。这方面的技术发展很快，例如高效能的萃取剂、细菌浸出、沸腾床硫酸化焙烧等等，使湿法炼铜技术日趋成熟和高效化。与火法流程相比，湿法流程基本上是在常温中进行，建设费用明显降低。湿法炼铜的生产成本主要取决于矿石品位和副产品，具体情况需要具体分析论证，对于性价比无法统一定论。

火法冶炼和湿法冶炼两种工艺的特点比较火法和湿法两种铜的生产工艺。火法冶炼和湿法冶炼的特点见下表：