铜电解精炼技术条件的选择与论证)

第4章 技术条件的选择与论证

4.1 铜电解的技术条件 4.1.1 电解液组成

电解液为含硫酸铜的硫酸溶液，一般含铜40 50g/L，含游离硫酸180 210 g/L。由于电解液的电阻随着酸度的增加而降低，随含铜量的增加而升高，所以为了降低电耗，一般采用高酸低铜的电解液组份较为有利。实际电解液中铜的含量应视电解液的纯净程度、电流密度的高低和阳极板的成分而定，因硫酸铜的溶解度随着硫酸浓度的增加而降低，所以电解液中硫酸含量不能高于230 g/L，铜电解中有害杂质允许含量列于表4-1。

表4-1铜电解液中有害杂质允许含量(g/L)

元素 含量(g/L)

Ni ﹤15

As ﹤7

Sb ﹤0.6

Bi ﹤0.5

Fe ﹤3

4.1.2 添加剂

为了获得优质的阴极铜，除了严格控制各工序电解技术条件外，还应添加适量胶状物质和表面活性物质，以改善阴极表面质量，一般采用的添加剂及其作用如下：

明胶 明胶是电解作业的主要添加剂之一，其作用是析出的阴极沉积物细致光洁，改善阴极表面的物理状态。阳极铜杂质含量高，而且电流密度也高时，加入量要稍多。

硫脲 硫脲是表面活性物质，与明胶混合使用，可在高电流密度下获得结构致密的阴极铜。

干酪素 干酪素与明胶组合成的混合添加剂，在高电流密度生产时能强烈地抑制电铜表面粒子的生长和改善粒子的形状。

盐酸 盐酸用来维持电解液中氯离子的含量。电解液中氯离子可使溶入电解液的银生成氯化银沉淀，有利降低银的损失。还可抑制砷、锑、铋离子的活性，防止阴极生产树枝状结晶；同时还可消除阳极因含铅过高引起的钝化。

添加剂的加入方法一般是将明胶、硫脲、干酪素充分溶解于水后混合加入电解液回流管进入循环槽，盐酸则单独加入回流管或循环槽。明胶、硫脲、干酪素的加入会增加电解液的粘度和电阻；盐酸加入过多，阴极上会产生针状结晶。必

须根据阳极铜成分、电流密度、电解液杂质含量等条件选用合适的和适量的添加剂。添加剂用量见表4-2。

表4-2常用添加剂种类和用量

种类 用量

明胶，g/t电铜

25 50

硫脲，g/t电铜

20 50

干酪素，g/t电铜 盐酸，ml/t电铜

15 40

300 500

4.1.3 电解液温度

电解温度是影响电解过程技术经济指标和产品质量的因素。实验测定，电解液在55℃时的导电率几乎为25℃时的2.5倍。温度每升高1℃，电阻约减少0.7%。提高电解液温度能消除阴极附近铜离子的严重贫化，从而使铜在阴极上均匀析出，但过高的电解液温度是蒸汽消耗增加；加速液面蒸发，使得操作环境恶化。我国一般将电解液温度控制在60到68℃。

4.1.4 电解液循环

电解液循环方式有两种：上进液、下出液和下进液、上出液。前者有利于阳极泥沉降，但电解液上下层浓度差较大。而后者则与之相反。电解液循环速度过大不仅增加动力消耗而且影响电解液中的悬浮杂质和阳极泥粒子不易下沉，甚至冲起阳极泥，使金、银等附着于阴极，影响电铜质量，增加贵金属的损失。循环速度的选择主要取决于循环方式、电流密度、电解槽容积、阳极成分等。当操作电流密度高时，必须采用较大的循环速度，以减少浓差极化。一般中小型电解槽循环速度取20到30L(/min·槽)

4.1.5 电流密度

铜电解一般采用220～260A/m2为宜。实践中一些工厂为挖掘生产潜力，在加强管理的情况下，在商品电解槽中采用了300～400A/ m2电流密度进行生产，同样产出合格阴极铜。

周期反向电流电解，有效地解决了由于高电流密度而出现的阳极钝化问题。电流密度为300～400A/ m2，产出了优质的阴极铜，乃至高纯阴极铜。

4.1.6 极距

缩短用极中心距，有利于充分挖掘电解槽生产能力，降低槽电压，若能保持-阴极具有光滑、平整的表面，尽管在采用短极距的条件下，仍能保证电铜质量。且同极中心距与极板的尺寸、加工精度有关，小型极板的同极中

心距一般为75～90mm，大型极板则为100～110mm。

4.1.7 槽电压

槽电压由电解液电位降、金属导体(包括电板、阳极、阴极、铜棒等)电位降、接触点电位降、克服阳极泥电阻的电位降、浓差极化引起的电极电位降等组成。槽电压随电流密度的提高而上升。商品槽电压一般为0.2～0.3V；种板槽槽电压一般为0.38～0.4V。本设计商品槽槽电压为0.29V；种板槽槽电压为0.38V。国内商品电解槽技术操作条件如表4-3。

4-3国内商品电解槽技术操作条件实例

名称 电解液组H2SO4 Ni As Sb Fe Bi Cl- 电解液温度 电流密度同极中心距 每槽循环速度 循环方式 阳极寿命 阴极周期 添加剂用量骨胶硫脲 干酪素 盐酸

单位

g/L ℃ A/m2 mm L/min d d g/t g/t g/t ml/t

上冶 沈冶 白银一冶 云冶 45 55 40 48 35 45 40 45 165 185 175 210 160 190 150 170 ﹤10 ﹤10 ﹤0.5 ﹤1 ﹤0.5 ﹤0.075 62 67 75 30 40

﹥15 ≦3.5 ≦0.6 ≦1.5 0.06 60 68 80 15 30

﹤10 ﹤1.5 ﹤0.3 ﹤3 ﹤0.2 580 62 100 20 25

﹤15 ﹤15 ﹤0.5 ﹤4 ﹤0.3 66 68 250 85 25 30

贵冶 42 188 4.5 2.9 0.58 1.88 1.03 0.06 ﹥60 240 105 30 中央底进上出 24 12 100 30 40 20 30 50

株冶 38 46 180 200 ﹤15 ﹤20 ﹤7 ﹤2 ﹤1 0.05 600﹤65 224 265

85 25 30 上进下出 12 15 4 5 40 70 20 50 10 20 0 1200

322 330 240 245 190 230

上进下出 上进下出 上进下出 下进上出 12 14 4 ﹤80 ﹤40 ﹤40 ﹤300

15 4 6 50 100 50 70 30 70

24 4 6 30 40 45 50

18 6 100 34 10 150

200 400 400 600

依据各厂电解槽操作技术条件与设计手册标准本设计的电解槽技术操作条件如表4-4。

表4-4 本次设计电解槽技术操作条件

名称 电解液Cu H2SO4 Ni As Sb Fe Bi Cl- 电解液温度

单位 g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L ℃

45 180 190 ﹤10 ﹤3 ﹤0.5 ﹤2 ﹤0.5 0.06 60

名称 电流密度 同极中心距 槽循环速度 循环方式 阳极寿命 阴极周期 骨胶添加量 硫脲量 干酪素 盐酸

单位 A/m2 mm L/min d d g/t g/t g/t mL/t

240 85 30 上进下出 18 10 100 50 70 30 70 400 600

4.2 铜电解技术经济指标

4.2.4 电流率效率

电流效率是指铜电解精炼过程中，实际析出的金属量与理论析出量的百分比。

理论析出量即平均电流强度(A)×实际开动槽数和开动时数×电化当量(1.186)×10-6

本指标包括商品槽、种板槽和脱铜电解槽的全部电流效率。一般为96～97%。影响电流效率的主要因素有：

短路 阴极和阳极板不平整或悬挂不垂直，以及在阴极板边沿生成树枝状铜结晶都会导致极间短路。

漏电 电解槽与电解槽之间，电解槽与地面之间，各贮槽与地之间以及电解液循环系统的绝缘不良等引起的漏电。

化学溶解 电解液中存在的氧和三价铁离子能使阴极铜反溶，电解液的温度、游离硫酸浓度及铜离子浓度均能影响阴极铜反溶，通常由此使电流效率降低0.25～0.75%

除上述因素外过高的电流密度、阳极含杂质较高等也可降低电流效率。

4.2.2 残极率

残极率是指产出残极量占投入阳极量的百分比。残极率低可减少重熔费和金属损失，提高直收率。但残极率过低会造成槽电压升高，电耗增加，甚至残极碎落损坏槽衬，一般残极率取15～18%。

4.2.3 铜电解回收率

铜电解回收率计算方法如下：

回收品指残极、铜屑、碎铜、送净液硫酸铜溶液和阳极泥等含铜物料(

若阳极泥含铜本企业不能回收，则按损失处理)。铜电解回收率一般为99.6～999.8%

4.2.4 槽电压

槽电压是影响电耗的重要因素，槽电压由电解液电位降、金属导体(包括导电板、阳极、阴极、阴极铜棒等)电位降、接触点电位降、克服阳极泥电阻的电位降、浓差极化引起的电极电位降等组成。槽电压随电流密度的提高而上升。商品槽槽电压一般为0.2～0.3V；种板槽槽电压一般为0.38～0.4V。

4.2.5 直流电能消耗

每吨电解铜的直流电能消耗按下式计算：

电能消耗与槽电压、电流效率的关系如下：(W的计算公式)

式中：W为直流电能的单位消耗[KW•h/电铜]； E为直流电通过一个电解槽时的电压降(V) ；η为电流效率(%)；

直流电能消耗包括商品电解槽、种板电解槽、脱铜电解槽及线路损失等全部

直流电能消耗量，一般直流电能消耗为230 280KW•h/电铜

4.2.6 硫酸单位消耗

硫酸单位消耗量一般为4～10kg/t电铜;水的单耗量一般为3～5m3/t电铜 蒸汽单耗与电解槽及各类贮槽的表面覆盖和槽壁保温措施有关。在无措施的情况下，一般为1.0～1.5/t电铜，有保温措施下，消耗一般为0.2～0.6/t电铜

项目 电解总回收率 电解直收率 直流电单耗 蒸汽单耗

单位 % % KW•h/t电铜 t/t电铜

上冶 99.90 81～82.5 260～280

1 3 97 17 0.3～0.35 0.37～0.69

沈冶 99.93 260 ﹤0.85 1.96 97 ﹤17 0.32 0.87

白银铜冶 99.55 76 259 1.2 6.8 97 24 0.24 0.26

云冶 99.83 231 0.89 2.39 97.33 20.5 0.3 0.45

贵冶 99.60 78.88 236 0.596 9.9 97.83 18.56 0.25 0.6

株冶 99.90 75.6 267.5 1.22 7.5 97 22 0.28 0.

3

硫酸单耗 Kg/t电铜 电流效率 残极率 槽电压 阳极泥率

% % V %

依据课题任务要求与设计手册数据，本次设计铜电解技术经济指标如表4-6

表4-6本次设计技术经济指标

项目 单位

电解总电解直收回收率 率 % 99.8

%

直流电单

耗 KW•h/t电铜 250

蒸汽单耗 t/t电铜 1

硫酸单耗 Kg/t电铜 8

电流效率 % 97

残疾率 % 15

槽电压 V 0.29

阳极泥率 % 0.6