铜电解精炼工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/7/12 Tuesday,#,电解分厂,2016-06-10,铜电解精炼工艺部分,主要内容,一,、铜电解精炼概述,二,、铜电解精炼理论基础,三,、铜电解精炼主要工艺条件控制及操作,实践,四,、阴极铜质量控制,五、铜电解液净化,电解精炼的目的,：将火法精炼产出的阳极铜进一步提纯，并回收有价金属的过程。,跨别,投产时间,设计能力（万吨,/,年）,电解槽总数（台）,5-6,跨,1997,年,10,512,7-8,跨,2004,年,15,736,9-10,跨,2010,年,18,784,合计,43,2032,1,、铜电解精炼概述,电解槽数量确定,电解槽数量,N=,（设计产量,*10,6,）,/,（生产天数,*,小时,*,作业率,*,电流,*,电效,*1.186,）,N=(150000,*10,6,）,/,（,350*24*96%*22000*97%*1.186),N=150000/204,N=736,每槽始极片数量的确定,N,c,=I/D,k,F,c,=,电流,/,电流密度,*,始极片面积,=22000/280*0.86*0.88*2,=52,槽子长度,=52*85+200*2=4820,槽子宽度,=880+55*2=990,槽子深度,=880+105+200=1185,铜,的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为始极片（阴极片），相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的贱金属进行电化学溶解进入电解液，而贵金属不溶，成为阳极泥沉于电解槽底。在阴极，铜离子得到电子，在阴极结晶析出，得到,产品阴极铜，,而其它电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留于电解液中，待电解液定期净化时除去,。,含有贵金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的一种副产品另行处理，以便从中回收金、银、硒、碲等元素,。,有始极片生产制作,工序流程,长,无始极片制作,工序,流程,短,机械化、自动化程度高,传统电解,工艺,PC,电解,工艺,铜电解工艺按阴极的不同类型主要分为：,电解,5-8,跨,9-10,跨,2,、铜电解精炼工艺分类,传统电解,PC,电解,电解液循环系统设备流程图,主要内容,一,、铜电解精炼概述,二,、铜电解精炼理论基础,三,、铜电解精炼主要工艺条件控制及操作,实践,四,、阴极铜质量控制,五、铜电解液净化,铜,电解精炼过程，主要是在直流电的作用下，铜在阳极上失去电子后以,Cu2+,的形态溶解，而,Cu2+,在阴极上得到电子以金属铜的形态析出的过程。除此之外，还不可避免地有,Cu+,的产生，并引起一系列的副反应，使电解过程复杂化。,如果技术条件控制得当，那么在阳极和阴极上发生的主要反应为：,阳极,反应（铜和一些杂质的氧化反应）：,Cu-2e=Cu2+ E0Cu/Cu2+=0.34V,阴极反应（,铜的还原反应,） ：,Cu2+2e=Cu E0Cu/Cu2+=0.34V,1,、铜电解精炼电极反应,铜电解精炼的阳极板是一种含有多种元素的合金。除去主金属元素铜之外，通常可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：锌、铁、镍；,（,2,）形成不溶化合物的元素：铅、锡；,（,3,）比铜显著正电性的元素：银、金、铂族元素；,（,4,）电位接近铜但较铜负电性的元素：砷、锑、铋；,2,、阳极杂质在电解过程中的行为,阳极上的铜和比铜更负电性的金属,电化溶解,以离子状态进入电解液,电解液中的铜离子在阴极上电化析出成为阴极铜,电解液中比铜更负电性的离子聚集在电解液中在净液时除去,比铜更正电性的金属和某些难容化合物,不溶于,电解液,以阳极泥形态沉淀于电解槽,综合回收其中的金、银、硒、碲等稀贵金属,铜电解车间的电路联接,1.,阳极导电排，,2,4,中间导电板，,5.,阴极导电排,同,一跨电解槽间连接为串联；电解槽内同名电极间为并联；电解槽内相邻阴、阳极间连接为串联。,主要内容,一,、铜电解精炼概述,二,、铜电解精炼理论基础,三,、铜电解精炼主要工艺条件控制及操作,实践,四,、阴极铜质量控制,五、铜电解液净化,1,、主要技术条件,铜,电解精炼所用的电解液为硫酸和硫酸铜组成的水溶液。这种溶液导电性好，挥发性小，且比较稳定，使电解过程可以在较高的温度和酸度下进行。为保证电解的正常进行，电解液需保持一定的温度，一般为,58,65,。提高电解液的温度，能改善,Cu2+,的传质条件，有利于降低电解液的粘度，使飘浮的阳极泥容易沉降，增加各种离子的扩散速度，减少电解液电阻，从而提高电解液的电导率、降低电解槽的电压降，以减少铜电解生产的电能消耗。,成分,H,2,SO,4,Cu,2+,Ni,2+,As,3+,Sb,3+,Bi,3+,Fe,3+,Cl,-,含量（,g/L,）,150-170,40-60,25,7,15,1,1,4,0.5,1.1,电解液的成分及温度,1.2,阳极,阳极耳部分为两种，一种是两耳一长一短，另一种阳极两耳一样大。,成分：,Cu99.0%,块重：,2705kg,规格,：,870,840mm,成分：,Cu99.0%,块重：,2855kg,规格,：,900,840mm,为了,在铜电解中获得良好的技术经济指标，除了控制阳极铜的化学成份外，还要求阳极具有良好的物理规格。,大小耳,对称,耳,阳极,板内在品质主要指主金属铜的品位和杂质含量，根据云铜电解生产的特点和要求，进入电解生产的阳极铜化学成份应,满足,下表,的,要求。,阳极,外形品质主要指阳极板的块重、厚薄、弯扭、平直度、飞边、毛刺、鼓包、气孔、冷隔层和夹渣等控制指标。,1.3,阴极,始极片,的尺寸通常比所用阳极的尺寸略大，即比阳极铜板长,10,60mm,，宽,20,70mm,；始极片的厚度由很多因素来决定，如对电解铜质量的要求、所采用的电流密度、机械加工能力、电解周期等。,永久不锈钢阴极板。,21,电解液循环的作用,通过电解液循环对溶液起到搅拌作用，使电解槽中各部位的电解液成份更趋于一致，并将热量和添加剂传递到槽中,。,经过过滤，滤除电解液中所含的悬浮物，以保持电解液具有生产高质量阴极铜所需的清洁度。,1.4,电解液,的循环,22,下,进液上出液,方式：,优点：,电解液充分混合，减少浓差极化，浮在液面上的,悬浮物,易从漏斗溢出，电解槽内的温度、溶液成份、,添加,剂成份分布都很均匀。,缺点：,电解液流动方向与阳极泥沉降方向相反，不利于,阳极泥,沉降，影响阴极铜质量，增加贵金属,损失。,1.5,极间距,极间距,离通常以同名电极（同为阳极或阴极）之间的距离来表示,。,缩短,极间距,离优点：,可以,提高单个电解槽的利用率，几乎可以在不增加设备的条件下提高产量，同时可以降低电解液电阻，即降低电解槽的电压降和电解铜的直流电耗。,缩短极间距离缺点：,会使阳极泥在沉降过程中附着在阴极表面的可能性增加，不但会造成贵金属损失增加，而且还会污染阴极表面。会大大增加阴阳极之间短路的机会，引起电流效率下降，为消除短路，则必然消耗大量劳动。,生产,实践表明，通常极间距每增加,10,，槽电压要增加,43mv,。因此缩短极距是降低槽电压和电解直流电耗的有效措施之一。,24,电流密度,一般是指阴极电流密度，即单位阴极板面积上通过的电流强度。工厂中采用的电流密度单位是,A/m2,。,电流密度,是铜电解精炼中最重要的技术经济指标之一，也是影响金属沉积物结构和性质的一个主要因素。,1.6,电流密度,提高电流密度有以下一些优缺点：,优点,：,1,.,可以在不增加设备的条件下，提高产量，提高劳动生产率。对于新建工厂，则可以在保证同样生产能力的前提下，减少电解槽数，节约投资；,2,.,产量增加，则单位产品的劳动工资和维修费用相应减少；,缺点,：,1,.,提高电流密度会增加电能消耗；,2.,提高电流密度则相应应提高电解液循环量，使金银损失增大；,电流密度在,220,300A/m2,的范围内，每增加,1A/m2,槽电压大约增加,1mv,，直流电耗约增加,0.8kwh/ t,阴极铜。,2,、主要指标,2.1,优质品率,指,生产的合格阴极铜块数占所产阴极铜总块数的比例。阴极铜是公司的最终产品，直接面对市场和用户。电解精炼作为阴极铜生产的最后工序，产品品质对于,企业,的生产经营至关重要。因此，阴极铜的品质一直被视为电解生产的重中之重。,电流效率：,根据,法拉第定律，通过,1,安培小时电量在阴极析出的铜应该为,1.1852,克，实际电解过程中有少量电漏失，导致实际析出铜量少于理论析出铜量。实际析出量与理论析出量的比值即为电流效率。,式,中：,Q,实际析出铜量（,g,）；,M,理论析出铜量（,g,）；,电流效率（,%,）。,2.2,电流效率,影响电流效率因素分析：,电流效率低,电解的副反应,极间短路,槽间导电板请理不干净,阳极板物理规格不好,始极片有弯曲、卷角现象,阴极析出粗糙、长粒子凸瘤,电解槽漏电,电路漏电,设备漏电,2.3,阴极铜电耗,铜,电解精炼的电能消耗，是按每生产,1t,阴极铜所消耗的直流电进行计算，或是按总电能消耗（交流电耗）计算。电能消耗能够可以比较直观地反映出电解生产的技术水平和经济效果。,Ece =,(an-ca) + El + Econ + Ep,式中：,其中,Ece,为槽电压，,an,为阳极电位，,cn,为阴极电位，,El,为电解液电压降，,Econ,为导电棒上的电压降，,Ep,为各接触点电压降。,W,=1000E /(,1.1852,）,式中：,W,直流电耗，,kW.h/t,；,E,槽电压，,V,；,电流效率，；,1.1852,铜的电化当量，,g/,（,Ah,）,主要内容,一,、铜电解精炼概述,二,、铜电解精炼理论基础,三,、铜电解精炼主要工艺条件控制及操作,实践,四,、阴极铜质量控制,五、铜电解液净化,1,、阴极铜质量标准（,GB/T 467-2010,）,阴极铜表面应洁净，无污泥、油污、电解残渣的外来杂物。,阴极铜表面（包括吊耳部分），绿色附着物总面积不大于单面面积的,1%,。,因潮湿空气的作用，使阴极铜表面氧化而生产暗绿色者不作废品。,阴极铜表面和边缘不得有呈花瓣状和树枝状结粒（允许修整） 。,阴极铜表面,5,以上圆头密集粒子面积不大于单面面积的,10%,（允许修整）。,化学成分（,ppm,）,表面质量,2,、阴极铜长粒子原因分析,阴极铜长粒子,固体颗粒附着于阴极而引起的粒子,添加剂配比不当而引起的粒子,局部电流密度过高而引起的粒子,2.1,固体颗粒附着于阴极而引起的粒子,金属,铜粉的附着,。,一价铜离子不稳定，或自行分解析出铜粉，发生的反应为：,2Cu,+,= Cu,（粉）,+ Cu,2+,。,Cu,2,O,的粘附,。,新阳极若在装槽前未经酸泡洗除净表面的,Cu,2,O,，或浇注产生的鼓包内有,Cu,2,O,粉存在，鼓包在阳极校整时基本上都破裂，但鼓包内部,Cu,2,O,粉被带入电解过程中若未与硫酸充分作用时，即可能以,Cu,2,O,薄片粘附于阴极，以此为基点生长出疏松的片状,粒子。,阳极泥的粘附,。,阳极泥在沉降过程中粘附于阴极,表面。,飘浮阳极泥的粘附,。,飘浮,阳极泥由于密度小，粒度小到几微米，难于沉降，因此在电解液中飘浮，极易粘附在阴极铜的表面，成为铜粒子的生长中心，或夹杂于阴极铜的裂隙中，而影响阴极铜的化学品质。,2.2,添加剂,配比不当而引起的粒子,明胶,硫脲氯离子，当它们的配比不当时，可使阴极铜长粒子,。,添加剂是指以较少量加入电解液中，起着调节沉积物物理性质，如光泽度、平滑度、硬度和韧性等特殊作用的物质。铜电解精炼所采用的添加剂多为表面活性物质。目前，国内铜电解厂普遍采用的添加剂有胶、硫脲和盐酸等。实践表明加入适量的添加剂是获得结构致密、表面光滑、气体和其它有害杂质含量少的优质阴极铜的有效措施之一。以至于有人说，没有添加剂就没有工业化铜电解。,2.3,局部,电流密度过高而引起的,粒子,阳极不平整或阴极板面存在弯曲现象时，在阳极凸出处或始极片弯曲卷角处，均因阴、阳极间距离太近，使电流分布过大、电力线集中，首先使该部位结晶粗糙，进而长出密集细小的圆粒子,。,生产,统计表明，因阳极不平整或阴极板面弯曲造成阴极铜板面生长较多粒子，这类阴极铜被作为不合格产品挑捡出来，其数量占所有外形不合格阴极铜的,40%,以上，因此，始极片的垂直度和阳极在槽内的悬垂度是铜电解精炼工艺中非常重要的指标。,3,、应对措施,槽面作业人员两极入槽做到平直、等距置中、对齐，减少短路和杜绝对偏，使电流密度在板面均匀分布。,根据,公司阳极铜质量技术标准,对入槽阳极进行质量把关。杜绝外型不合格阳极入槽，对主品位低、杂质含量高的阳极进行电解，采取二次干装来加强两极入槽管理，采取电解液置换，加强对电解液的净化和过滤。,加强按工艺技术要求对电解液温度和流量的检测控制。合理调配添加剂加入量。,在确保电铜质量的前提下，根据产量要求合理调控电流密度。,主要内容,一,、铜电解精炼概述,二,、铜电解精炼理论基础,三,、铜电解精炼主要工艺条件控制及操作,实践,四,、阴极铜质量控制,五、铜电解液净化,在,铜电解精炼过程中，电解液的成分不断地发生变化，铜离子浓度不断上升，杂质也在其中不断积累，而硫酸浓度则逐渐降低。为了维持电解液的中铜、酸含量及杂质浓度都在规定的范围内，就必须对电解液进行净化和调整，以保证电解过程的正常进行。,电解液净化的目的是：,a,、脱出电解液中砷、钙、镁等杂质；,b,、回收铜、镍、金、银、锑、铋等有价金属；,c,、对电解液中的阳极泥和悬浮物进行过滤分离，确保电解液的清澈、纯净；,d,、维持电解液铜、酸浓度的平衡，满足生产系统对电解液成分控制的要求。,1,、铜电解液净化概述,电解液净化系统工艺流程图,1.1,硫酸铜生产,主要设备名称,配置情况,蒸发槽（台）,10m/18,台,结晶槽（台）,5m/16,台,立式离心机,6,台,并联循环连续电积脱砷法,阳极：,Pb-Ca-Sn,合金铅阳极,阴极：铜残极,脱砷电耗：,14500kWh/tAs,砷锑渣,成分：,Cu 50%,左右,As 20%,30%,水分,20%,左右,1.2,电积脱砷锑,项 目,指 标,脱砷电解槽,24,台,脱砷前液含铜,2,6g/L,脱砷后液含铜,0.5,2g/L,脱砷极间距,120mm,电积脱砷反应式：,阴极：,Cu,2+,+2e,Cu,H,3,AsO,4,+3 H,+,+2e,AsO + +3H,2,O HAsO,2,+3 H,+,+2e,As +2H,2,O,AsO+2H+ +3e,As, +,H,2,O 2 H+ +2e,H2,AsO,+,+5 H,+,+6e,AsH,3, +2H,2,O As +3H,+,+3e,AsH,3,阳极：,PbSO,4,+2 H2O-2e,PbO2+4H,+,+SO,4,2-,H,2,O-2e,2H+ +1/2O2,脱砷后液含镍,35g/L,预冷液温度,25,40,冷冻结晶终点液温度,-15,-20,粗制硫酸镍含镍,17.5%,1.3,硫酸镍生产,阳极：,Pb-Ca-Sn,合金铅阳极,阴极：铜始极片,脱砷电耗：,2200kWh/tCu,产品：电积铜（符合,GB/467-2010,阴极铜,A,级铜标准要求）,1.4,电积脱铜,Thank You !,