电解铜方案

当贱金属于铜一起溶于电解液时，贵金属或化合物则在电解液中沉淀。于铜
一起呈固溶体存在的许多杂质表现出惰性性质，电解时在阳极表面形成阳极泥。
由于电解液存在着微量的溶解氧（一般为 1.8～2.0ppm），而使各种杂质在电解
液中溶解后其离子具有几种化合价，结果使阳极泥形成它们本身的电位及在电解
液中的溶解度。由杂质元素行为决定的在各电解产物（电解液、阴极铜、阳极泥）
2 电解槽的构造
通常电解槽由长方形槽体和附设的工业管，排液斗、出液斗的液面调节堰板 等组成。槽体底部常做成由一端向另一端或两端向中央倾斜，倾斜度 3%，最低 处开设排泥孔，较高处有清槽用放液孔，放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡皮圈 的硬铅制作的塞子，防止漏液。此外在钢筋混凝土槽体底部还开设检漏孔，以观 察内衬是否破坏，钢筋混凝土电解槽壁厚一般为 80～120mm。
价格昂贵，机械能电绝缘性能差、 漏电
软聚氯乙 施工简单，价格低廉，有优良的 耐热性能较差，机械性能随温度上
烯板
绝热和电绝缘性能
升而降低，易老化
玻璃钢
绝热，绝缘性能好，耐腐蚀，价 格比衬铅低廉
树脂材质要求严，施工技术要求高
4 电解槽进出液方式
电解槽进出液直接影响槽内铜离子、添加剂及温度在电解液里的均匀性和 金、银的损失。
原料—铜阳极
铜阳极的物理规格和化学成分影响电解过程的技术经济指标和阴极铜的质
量，所以生产中应尽量获得质量良好的阳极铜板同样极板的物理形状要求平整无
飞边、无毛刺、无夹渣等。为了在铜电解中获得良好的技术经济指标，通常采用
含铜在 99%以上的火法精炼铜作为阳极材料。（见表 3—1，2，3）。
表 3—1 铜阳极尺寸
3 电解槽衬里材质
钢筋混凝土电解槽内衬选择原则：造价低廉、耐高温、耐腐蚀和电绝缘性能
良好的材料，一般为铅或含锑 3～6%的铅锑合金板、软板聚氯乙烯和玻璃钢、铅
衬厚一般为 3～5mm；聚氯乙烯衬里通常为二层，每层厚 4～5mm；内层塑料衬里
一般不正槽铺设；玻璃钢衬里一般为 6～10 层，厚约 3～5mm。见表 7—1。
阳极长×宽×高 （mm）
重量 （kg/块）
720×620×（38～42）
145～148
×960×45
370～380
表 3—2 铜阳极尺寸精度
项目
单位
规格一
阳极板公称尺寸， mm 720×620×（38～42）
规格二 1000×960×45
L×W×δ
长度公差
mm
厚度公差
耳 部 下 支 持 面 至 mm
小阳极板电解时，由于电解槽尺度比较小，一般采用上进液、下出液的循环 方式。
随着电解槽的大型化、电极间距的缩小及电流密度的提高，通常的电解槽供 排液方式难以适应生产要求，有的工厂即在电解槽底中央沿槽长度方向设一个给 液管，或在槽底量两侧设两个平行的给液管，通过沿管均布的小孔给液。排液漏 斗安放在槽两端壁上预留的出液口上并与槽内衬连成整体。出液漏斗内设有调节 电解槽液面高度隔板式三角堰板。三角堰板同时也可观测电解液流量。
间的分布关系，还与它们在阳极中的含量、氧的含量和电解技术等条件有关。通
常将阳极铜中的杂质分为以下四类：
1）比铜显著负电性的元素，如锌、铁、锡、铅、钴、镍。
2）比铜显著正电性的元素，如银、金、铂族元素。
3）电位接近铜但较铜负电性的元素，如砷、锑、铋。
4）其他杂质，如氧、硫、硒、碲、硅。
铜电解精炼过程中，阳极杂质的行为影响到阳极泥的形成、阳极钝化和精炼
另一种大型槽供液法为上供液、下排液。即在电解槽一长边的两拐角处各设 以供液口，各供一半电解液，在另一长边中央下部设一排液口，供液口来的电解 液流呈对襟袄线喷射，由排液口将电解液引向电解槽一端排出。此法能防止阳极 泥上浮。 根据本设计实际情况，电解槽进出液方式选用：上供液、下排液。
5 铜电解槽的安装
铜电解槽安装在钢筋混凝土横梁上。为防止电解液滴在横梁上造成腐蚀漏 电，在横梁上首先铺设厚 3～4mm，比横梁每边宽出 200～300mm 的软聚氯乙烯保 护板，然后在槽底四角垫以瓷砖及橡胶板用以绝缘。通常由多个电解槽排成一列， 两个相邻电解槽要留 20～30mm 的空隙。槽侧壁顶面覆以塑料（或硬橡胶板、瓷
操作。“钝化”就是失去活性或活动能力的意思，电解过程中的金属钝化，是指
作为电极的金属在电流的作用下某种程度地失去转入溶液的能力。发生钝化的电
极，它们所具有的电极电位，就不是该金属所固有的电位，而接近于另一种电性
更正的金属的电位。就化学反应来说，处于钝化状态的金属，就失去了被氧化，
特别是被溶解的能力。
一般说来，从相图中可知阳极中存在各种杂质的形式，但有些元素则于相图
不一致。在氧作为杂质看待时，阳极铜的含氧量低，镍以连续的固溶体出现，而
砷、锑和银在铜基体中呈 α 固溶体。铋、铅、硒和硫沿铜粒子外围分别呈金属铋、 铅或呈 Cu2Se 和 CuS2 形式沉淀。有些氧化物如 NiO、Bi2O3、Sb2O3 和 PbO 或 Cu3As 也在结构中部分地沉淀。随着氧含量增高，这些氧化物颗粒就变大，圆形的 Cu2S 颗粒很粗。
极板上缘距离
支耳总长
mm
板面挠曲
mm
耳面挠曲
mm
其他
<5 毛刺，鼓泡<5
±10 ±5 65±5
950±5 <±5
板表面黑皮面积<1/4，耳部不得 有冷隔层和折损
1300±10 <5 <±6
表 3—3 铜阳极化学成分的一般要求
元
C
A
S
B
N
O
S
F
P
素
u
s
b
i
i
2
n
e
b
含
＞
＜
＜
＜
＜
＜
＜
＜
＜
量
99
0.20 0.03 0.03 0.3 0.2 0.075 0.01 0.2
图 2 铜电解槽安装实例图
1―进液管；2―阳极；3―阴极；4―出液管；5―放液管；6―放阳极泥管
在铜电解过程中，电解液中铜和杂质含量逐渐增加，添加剂含量 不断积累，而硫酸的含量则逐渐减少，从而使电解液成分偏离所需的 条件控制范围。所以必须定时定量地抽取电解液进行净化处理，并用 等量的新液替换，调整电解液组成；同时也回收有价金属杂质。常规 净化方法有：（1）加铜中和或直接浓缩法生产硫酸铜；（2）电解沉 积法；（3）中和、浓缩生产硫酸铜，电解法除 As、 Sb，冷冻结晶 生产硫酸镍；（4）高酸结晶法生产硫酸铜，电解除 As、Sb、Bi，电 热蒸发生产粗硫酸镍。一般需大量生产硫酸铜时用（1）、（2）和（3）； 不需大量生产时，可用（4），小厂以（2）法为宜。新的净化方法有： （1）渗析法（阴离子交换膜）；（2）萃取法；（3）共沉淀法：（4） 氧化法除 As、Sb、Bi。
程度也不算太高，同时为避免阴极边缘生成树枝状结晶，阳极板的尺
寸为 1010×960mm。
C、种板
图 6—1 阳极板
种板的材质目前有紫铜板、不锈钢板和钛板三种，以紫铜板为最 多，各种材质的优缺点比较如下：
表 6—3 种板材质
材
质 厚度
优点
缺点
紫
价格便宜；铜挂耳与母
铜 3 ～ 4 板接触良好；绝缘材料 对隔离剂要求较严，质地较软，易变形
电解铜工艺设计方案
设计单位：宝鸡鑫泽钛镍有限公司 需方单位：新疆宏发铁合金（集团）股份有限公司 方案编号：BJXZ-DT130815 审核日期：2013 年 8 月 17 日
绪论
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。 铜电解工艺流程
随着阳极含氧量的增加、电流密度的升高以及电解液中溶解氧和杂质离子浓 度的增加，阳极钝化的可能性也明显地增大。与阳极钝化有关的因素如图 3—1 所示。这些因素包括阳极泥数量、阳极泥吸附以及浓差极化。影响阳极泥数量的 内部因素有阳极结构、杂质的含量和存在形式；外部因素包括电解液中溶解氧、 电流密度和电解液中共存杂质离子。阳极泥吸附受阳极泥的结构和形态的影响。
A． 阴极板 本设计中，在商品槽中始极片为电解槽的阴极，其尺寸为：1050
×1000mm。 为避免阴极边缘生成树枝状结晶，阴极板尺寸比阳极板宽 35～
55 ㎜，长 25～45 ㎜。 B、阳极板 阳极尺寸的选择与生产规模，操作机械化程度及其它一些条件有
关。
结合本设计的实际情况，即本设计的精炼厂为中型工厂，机械化
阳极钝化
杂质元素
内部因素（阳极结构） 杂质含量
阳极泥数量
元素存在形式 溶解的氧
内部因素（阳极结构） 离子浓度
电流密度
阳极泥吸附（阳极泥形成机理）
阳极泥结构
阳极泥形态
浓差极化
电解槽
图 3—1 阳极钝化的因素
1 电解槽材质
电解槽材质主要有： （1）现在普遍采用钢筋混凝土槽体。 钢筋混凝土电解槽有成列就地捣制，整列就地捣制施工快、造价低。但检修 更换不变，绝缘处理难、易漏电； （2）单槽整体预制，单槽整体预制，搬运、安装、检修、更换方便、绝缘 好、漏电少，为多数工厂所用； （3）近代又发展到预制板拼装式槽体。预制板拼装式电解槽搬运、安装、 更换方便，造价低，节省车间，为国外一些新建工厂采用。 （4）辉缘岩耐酸混凝土单个捣制槽和花岗岩单个槽，这些槽耐酸、绝缘较 好。但辉缘岩槽易渗漏。花岗岩槽价格高，运输不便，且易产生暗逢渗漏。 通过对以上几种材质的比较，本设计电解槽材质选用钢筋混凝土槽体，单槽 针体预制。
本设计选用：电解槽由长方形槽体和附设的工业管，排液斗、出液斗的液面 调节堰板等组成，槽体底部常做成由一端向另一端倾斜，且倾斜度 3%，最低处
开设排泥孔，较高处有清槽用放液孔，放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡皮圈的 硬铅制作的塞子，防止漏液。此外在钢筋混凝土槽体底部还开设检漏孔，以观察 内衬是否破坏，钢筋混凝土电解槽壁厚一般为 100mm。
铜电解精炼的阳极板是一种含有多种元素的合金，除表中所列元素外，在阳
极铜中大都还含有 Cd、Hg、In、Tl、Mn 和铂族元素，其含量为 0.001～1ppm。
在阳极铜中的杂质有两种形式，即金属铜基体中的固溶体和晶粒间不连续夹
杂。在电解过程中，所有这些杂质都出现强烈的化学和物理变化，这对阳极钝化、
阴极质量、电解液净化以及从阳极中回收有价元素均有很大影响。
国内大部分铜电解工厂的电解槽衬铅。但在新建工厂及老厂的改造中逐渐推
广使用聚氯乙烯衬里和玻璃钢衬里。
通过对铅板、软聚氯乙烯板和玻璃钢电解槽衬里的比较，再结合钢筋混凝土
电解槽内衬选择的原则，本设计选用玻璃钢内衬，10 层，厚 5mm。
表 7—1 电解槽衬里材质比较
衬里材质 优点
缺点
铅板
施工简单，耐酸，耐温性能好
铜的电解精炼是以火法精炼产出的精铜为阳极，以电解产出的薄铜 片为（始极片）作阴极，以硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液。在直流 电的作用下，阳极铜电化学溶解，纯铜在阴极上沉积，杂质则进入阳 极泥和电解液中，从而实现了铜与杂质的分离，铜精炼工艺流程如下 图
铜电解精炼一般流程图 厂址选择
厂址的选择对企业长远的经济发展有着十分重要的意义。 选择厂址的原则为： 1）距离原料场地较近； 2）交通运输方便； 3）气象、地理条件优越； 4）技术协作便利； 5）能源、水源丰富； 6）有利于职工文化、生活福利； 7）建设挖运土方量小，尽量不占用农田等。
6 电解槽的计算
表 7—2 电解槽的计算已知条件 项目 年产电解铜（一级铜） 年工作日： 商品电解槽电流密度 电解槽作业率
电流效率
同极中心矩 电流强度 电解车间温度 电解槽外壁 始极片尺寸
已知条件 50000t 360d 250A/m2 96%
97.9%
100mm 12000A 25℃ 35℃ 1050×1000mm
板和沥青油毛毡等）垫层，装设槽间导电板、绝缘分隔板，以支承阳极挂耳和阴 极导电棒；阴阳极按规定极距均匀相间，悬垂排列阴极边缘与槽侧壁应保持 50～ 80mm 空隙，以便电解液均匀流动和防止极板碰壁；电极下缘至槽底应有 200～ 400mm 空间作为阳极泥的沉积用。本设计采用两个相邻电解槽 20mm，电极下缘至 槽底 400mm。