电积铜普遍存在的问题
①低电流密度
几乎所有工厂的电积电流密度均在150m2/A以下。
比以前国外通用电流密度300m2/A低了许多。
结果是槽能力低,电解焦耳热量不能利用,致使阴极铜晶粒较粗。
②电解液均无加温
受自然影响,特别是在昼夜温差较大的地区,电解液温度波动很大。
到冬天气温太低,往往造成电解铜表面疙瘩较多,甚至出现须状疙瘩。
更由于没有热水,从电解槽内提出的阴极铜用冷水冲洗,出厂的电解铜常常带有硫酸铜,因而导致电解铜杂质(如Pb、S等)含量超标。
③电解液几乎没有质量控制
很多工厂没有电解液杂质定期分析。
因而那些杂质超标,什么时候该补加钴,一概不清楚,结果电解铜质量未能有效控制,电解铜质量全然处在侥幸之中。
④影响电解铜质量的一个重要因素
如何减少有机物在电解铜中的夹带。
许多工厂富铜电解液只设有缓冲池和砂滤池,但往往数月不清洗砂滤池,致使砂滤池形同虚设。
因而造成电解槽的电解液夹带有机相严重,其后果是在阳极析氧时,有机物被带出,污染电解铜表面。
严重时被电解铜包裹。
有机相超标是我们这种工艺生产的电解铜要特别控制的一项杂质。
目前,我们开发的气浮塔,对进一步减少电解液有机相夹带有很好作用。
⑤始级片短路
迄今为止国内所有此类工厂始极片生产全部手工操作,初次下槽的始极片不平,且缺乏刚性,因而极易造成短路。
⑥槽面管理较差。
短路及不导电现象时有发生,电流分布不均,产生烧板或反溶。
局部电流密度过高(槽电压增高)是造成电解铜气体含量增加大一个主要原因。
总之,以上几个方面的问题都会影响电解铜质量。
在铜的冶炼中,电解的应用有两个目的:
(1)从含铜的溶液中提取铜;
(2)从粗铜中提纯铜,即把铜从含有杂质的粗铜中分离出来。
前者通常称作电解沉积法(简称电积);后者称粗铜电解精炼法(称可溶阳极电解)。
两者的主要区别如下:
1、电解精炼使用的阳极是在电流作用下可以溶解的粗铜;而电解沉积使用的是不溶阳极(如Pb-Ag Pb-Sb PB-Ca-Sn合金),它只用来将电流传递到电解液以及供阴离子放电用,其自身并不发生电化学溶解。
2、铜电解精炼时,电解液的成份(如铜和酸)比较恒定(如不考虑铜和杂质积累的话);电解沉积时,电解液中的铜离子将是逐渐减少,为了保持电积条件的基本稳定,要求电积溶液保有一定的循环量。
3、电解精炼是用电流把铜离子从粗铜阳极迁移到阴极的过程,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0.25-0.3伏,生产一吨电解铜的电能消耗大约250~400度电。
铜电积时电能主要消耗在分解硫酸铜,硫酸铜的分解电压是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炼高得多,槽电压通常为1.8~2.2伏,电耗为每吨电解铜2000度左右。
4、电积过程中,电极上有气体析出,它引起电极的化学极化,增加电沉积过程的电能消耗。
而电解精炼时,这种极化作用非常小。
5、矿石浸出液直接电积时,电解沉积溶液一般要比电解精炼溶液含有的杂质多(如Fe3+等),它们会产生电极腐蚀,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。
上述缺点得到克服。
铜矿石浸出液直接电解或硫酸铜稀溶液经萃取富集的富铜溶液电解提取铜均属于电解沉积,故下面着重介绍不溶阳极电积生产铜有关知识。
铜的水溶液电解沉积过程是一个电化学过程。
也就是说,在外电场作用下,溶液中的硫酸铜(CuSO4)分解成铜离子(Cu2+)和硫酸根(SO42-),铜离子在阴极上获得电子(e)还原成金属铜,并沉积在阴极上。
溶液中的水,则在电场作用下分解成氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-),而OH- 则在阴极上失去电子,析出氧气。
由于溶液中Cu2+和OH-的存在,分解出来的SO42-和H+,不能在电极上放电反应,故只能在溶液中发生如下反应。
SO42- + 2H+ → H2SO4
这就是在铜电积的过程中,阴极每析出1摩尔铜(63.5克)相应在溶液中产生1摩尔硫酸(98克)的原因。
实际生产通常用每生产1公斤铜产出1.54
公斤硫酸表示其近似值。