1、1,3.3 冰铜的吹炼,3.3.1 概述,3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,2,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.1 概述,冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的液态冰铜。吹炼的作用：是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 FeS(l) + Cu2O(l) = Cu2S(l) + FeO(l)；G0= -105437-85.48T (J)此反应的G0在所有熔炼温度范围内都有很大负值。表明有FeS存在时，Cu2O不可能稳定存在，必然被硫化成Cu2S。,3,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.1 概述,只有当FeS完全氧
2、化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才有可能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据。因此，转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段：第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应；第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。,4,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,吹炼是金属硫化物发生氧化反应的过程 主要可分为如下4个反应氧化深度不同): MeS+O2=Me + SO2 (1) MeS+1.5O2=MeO
3、+ SO2 (2) MeS+2O2=MeSO4 (3) MeS+2MeO=3Me+ SO2 (4)对于不同的金属, 氧化反应的结果也不同, 它们在吹炼过程中的行为就会出现差别,5,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,11501300吹炼温度下硫酸盐的不稳定使反应(3)不可能进行;反应(1)是一个氧化产出金属的总反应，他的反应实际上由(2) 和(4)两个步骤完成；对于绝大多数金属硫化物来说，生成氧化物的反应(2)都可以进行，见图2-3.1 ；针对不同的金属，能否吹炼成金属状态，关键在于反应(4)能否进行；如果(2) 和(4) 能同时进行，金属硫化物就会转化成金属；如果反应(4)
4、不能发生，该金属硫化物就会造渣,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,6,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,7,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,图2-3.1是标准状态下的结果，无法代表实际吹炼的条件，为了更加直观分析金属硫化物的吹炼行为，可以利用自由焓计算确定。 MeS+2MeO=3Me+ SO2 (4) G4= G40 -RTlnPSO2 (5) 当G40 时，反应4可以进行，此时G40RTlnPSO2 可令方程(5)G4=0, 计算出lgPSO2与温度T的关系，相当于反应开始发生时lgPSO2随温度T的变化
5、曲线。将以上曲线与实际吹炼温度下的PSO2进行比，在吹炼温度下，如果计算的lgPSO2比实际吹炼时的lgPSO2大，反应就会发生。,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,8,(1) 热力学分析,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,当反应的SO2平衡浓度高于横坐标1线时，表示SO2分压在1atm101.3kPa时可生成金属；当反应的SO2平衡浓度高于横坐标2线时，表示SO2分压在14 kPa(正常吹炼)时方可生成金属；,9,(1) 热力学分析,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,热力学分析小结 在硫化物氧化生成金属的反应中：金属Cu在大约700 以上即可顺利
6、生成；金属Pb在大约900 以上生成；金属Zn在大约1200 以上生成；金属Ni在大约1800 以上生成；金属Fe在2000 以内无法生成； 正常的吹炼操作温度在11501300， SO2分压约在14 kPa。Cu、Pb、Zn可生成金属；Ni很难生成，Fe不会生成。,10,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析 FeS的优先氧化,11,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析FeS的优先氧化,造硫反应：FeS(l)+Cu2O(l)=Cu2S(l)+FeO(l)； G0= -105437-85.48T (J)
7、表明有FeS存在时，Cu2O不可能稳定存在，必然被硫化成Cu2S。只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才能进行，这就是冰铜吹炼产出粗铜分两个阶段的热力学依据,12,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Cu2S的氧化与粗铜的形成,13,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析 Cu2S的氧化与粗铜的形成,造铜反应：2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2；Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2AB：吹炼进行，硫减少，生成的Cu溶解在Cu2S中，直到B点， Cu2S中的Cu量达到10%；BC：
8、B点后继续进行吹炼， Cu2S和Cu 分相开始，上边是含Cu 10%的Cu2S相，下边是含9% Cu2S的粗Cu相；继续向C点氧化吹炼，两相成分不变，但粗铜量增加，到C点时Cu2S相消失。CE：吹炼到C点后只有粗铜一相，其含硫量与吹炼程度有关，继续充氧吹炼时铜中溶解的硫逐渐降低，到E点时铜中不含S和O，此时是理想的吹炼终点。ED：到达E点后，如果继续鼓风向D点吹炼，粗铜中溶氧量升高，会产生过吹，金属铜氧化，到D点时开始有Cu2O新相生成。 生产上一般含硫0.5时停止吹炼，含Cu 98.599%,过吹可用热冰铜还原。,14,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程
9、的理论分析Fe3O4的生成与破坏,15,从前面表中反应可以看出：a. FeS和FeO均可氧化成Fe3O4，两个反应的标准自由焓变相近。表明吹炼过程中熔体内的Fe3O4既可由FeS氧化产出，也可由FeO进一步氧化产出；b. 无SiO2时，Fe3O4被FeS还原需要1600以上，而SiO2存在时，很容易反应生成铁橄榄石炉渣。 在实际生产中由于Fe3O4(S)、FeS(l)和SiO2(S)接触不良， Fe3O4不能被彻底还原，导致炉渣中Fe3O4含量升高，一般达到1225%。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,16,3.3 冰铜
10、的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,图2-32 不同SiO2含量下，冰铜品位对Fe3O4的影响 （T=1573K，pSO2=10132.5Pa）,17,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,渣中Fe3O4对渣性质影响很坏，因此一定要控制它的生成和析出。影响Fe3O4生成的因素：熔体温度、pSO2、FeO和FeS等（参见前页两图）。抑制措施： 提高炉温； 降低 SO2分压； 提高渣中SiO2含量在实际操作中熔体温度和pSO2变化不大， FeO与炉渣中的SiO2的含量有关，
11、FeS与冰铜品位有关，所以最终影响Fe3O4生成的主要因素是渣中SiO2含量。,18,在造渣期，由于FeS的存在，氧化的NiO在1573K以上温度下，被硫化成硫化镍（镍的造锍反应）。在造铜期，2Ni3S2(l) + 7O2 (g) = 6NiO + 4SO2，该反应很慢，而且生成的NiO难于造渣。 而炉内温度达不到Ni3S2和NiO交互反应的温度，所以不能产生金属Ni。但当有大量铜和Cu2O时，有少量的Ni析出，因此吹炼过程难以将镍大量除去，一般粗铜含镍0.50.7%。Ni3S2(l) + 4Cu(l) = 3Ni + 2Cu2S(l)Ni3S2(l) + 4Cu2O(l) = 8Cu + 3
12、Ni + 2SO2,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 Ni3S2,19,CoS是在冰铜FeS含量非常低（低于10）时才被氧化，生成的CoO与SiO2造渣。因此CoS在造渣反应末期才开始氧化造渣。工业上把吹炼后期的转炉渣作为提钴的原料，一般含钴可达0.40.5%。,在造渣期，ZnS被O2或FeO氧化成ZnO，然后与SiO2造渣。这一部分的锌占冰铜锌总量的7080%。1520%的Zn按下列反应生成锌蒸气进入炉气。2ZnO + ZnS = 3Zn(g) + SO2ZnS + 2Cu = Cu2S + Zn(g),3.3 冰铜的吹炼- 3.
13、3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 CoS,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 ZnS,20,在造渣期 造渣后期PbS氧化生成PbO，易与SiO2造渣，约有2530%的PbS氧化造渣；因为PbS沸点（1280）较低，约有4050%的PbS直接挥发进入烟气；约有2530%的PbS进入白锍。 在造铜期，在造铜期末，白锍中的PbS与PbO反应生成金属铅。生成的Pb易挥发，大部分进入烟气中重新氧化为PbSO4与PbO ；只有极少量留Pb在粗铜中。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 PbS,21,3.3
14、 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 Bi2S3,Bi2S3在吹炼过程中大部分被氧化为Bi2O3，生成的Bi2O3与Bi2S3发生交互反应生成金属Bi。Bi2S3蒸气压大： 在1100， Bi2S3蒸气压为1574Pa。金属Bi的沸点为1506，在1100 Bi的蒸气压为900Pa因Bi及其化合物易于挥发，90铋进入烟气中，少量金属铋留在冰铜中。,22,这两种元素的硫化物大部分氧化成As2O3和Sb2O3进入烟气；少量被氧化成As2O5和Sb2O5进入炉渣。只有少量铜的砷化物和锑化物留在粗铜中。,在吹炼过程中，冰铜中的Au、Ag基本上以金属形
15、态留在粗铜中。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律As和Sb,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律贵金属,23,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,24,（1）冰铜吹炼设备转炉,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,25,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（2）冰铜吹炼的操作,作业过程造渣期：（1）先将炉温升到1200左右，转到停风位置加入第1批铜锍，装入量使风口在液面下200300mm；（2）旋转炉体到吹风位置，边旋转边吹风，吹炼几分钟后（升到1200 ）加入石英溶剂；（3）炉温升到
16、12001250左右时，再转到停风位置加入冷料（一般的含铜物料可以是团矿、干燥后的铜精矿和金精矿），然后再转回吹风位置，边转边吹风；（4）炉渣造好后旋转炉子，风口离开液面后停风倒渣；（5）此后再加入铜锍，重复前面的操作，直到炉内铜量满足造铜期的要求为止；（6）筛炉最后一次除去熔体内残留的FeS，倒出最后一批渣，保持熔体温度12001250左右。,26,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（2）冰铜吹炼的操作,作业过程造铜期：（1）筛炉时间最后一次加入铜锍，直到倒出最后一批渣，石英分多批次少加；期间保持熔体温度12001250左右，石英过量，炉温会降低，炉渣变粘含铜高；石英不足时铜
17、锍中铁造渣不完全，造铜期会形成Fe3O4；延长造铜期吹炼时间，降低粗铜质量；而且在造铜期末稍有过吹就会形成Cu2O.Fe2O3稀渣，腐蚀炉衬，降低炉子寿命。（2）造渣终点控制：过早进入造铜期的危害与石英不足相同；过迟进入造铜期会使FeO进一步氧化成Fe3O4；使炉渣变粘，而且Cu2S氧化产生的SO2会使炉渣喷出来；主要通过观察火焰和喷溅物状态确定，一般火焰颜色变为灰白色，喷溅物由粒状变为泡沫状即可（3）连续鼓风将白锍吹炼成粗铜，终点判断：火焰低落无力、由灰白变为棕红色；喷溅物眨眼等现象。,27,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（3）冰铜吹炼的热平衡,28,3.3 冰铜的吹炼3
18、.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（4）冰铜吹炼的产物粗铜,29,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（4）冰铜吹炼的产物转炉渣,30,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（4）冰铜吹炼的产物烟气,31,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（4）冰铜吹炼的产物烟尘,32,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（5）冰铜吹炼的技术经济指标,33,3.4 粗铜火法精炼3.4.1 概述,(1)铜锍吹炼产出的粗铜含铜约在9899.5%之间，除了含有贵金属之外，还含有氧、硫、铅、镍、砷、锑、铋等金属杂质，总量为0.252%。无论从铜的应用要求考虑还是有价
19、元素的综合利用考虑，都必须除去这些杂质。因此需要对粗铜进行精炼，最常用的标准精炼方法就是电解精炼。吹炼所得的粗铜原则上可以直接进行电解精炼，但由于粗铜阳极物理规格较差，氧、硫等杂质含量过高等因素，会导致残极率高、电流效率低、净液量大阳极泥产率高和电铜质量低等问题；因此有必要在电解精炼之前除去一部分杂质，这就是火法精炼工序的作用。,34,3.4 粗铜火法精炼3.4.1 概述,火法精炼的目的是将粗铜中的这些杂质尽量除去，为下一步的电解精炼提供合格的铜阳极板。火法精炼也是周期性的作业，精炼过程在回转阳极炉或反射炉内进行。每一精炼周期包括装料、熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键
20、工段，其作用如下：氧化过程铜中有害杂质的除去还原过程铜中氧的排除,35,1. 氧化过程氧化精炼的基本原理：铜中多数杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，而且杂质氧化物在铜水中的溶解度很小。而由于粗铜中主要是铜，杂质浓度低，根据质量作用定律，首先氧化的是铜。4Cu + O2 = 2Cu2O 生成的Cu2O立即溶于铜液中，并于杂质接触氧化杂质。Cu2O + Me = 2Cu + (MeO),3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,36,杂质在铜液中的极限浓度为：,（1） 值越大，NMe越大，选择适当的熔剂使MeO造渣并及时除渣，以降低氧化物的活度； （2）杂质氧化反应是放热反应，随温度
21、的升高K值变小，所以氧化阶段温度不宜太高，一般在14231443K。 （3）Me越大，越有利于杂质脱除干净。,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,37,表2-17 粗铜中杂质Me与Cu2O反应的K值和Me,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,38,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,39,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,40,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,41,根据表2-17中的K值和Me大小，粗铜中主要杂质的氧化趋势由小到大排列为：AsSbBiPbCdSnNiInCoZnFe 按氧化除去难易可
22、将杂质分为三类： 第一类：易氧化除去的铁、锌、钴、锡、铅和硫等杂质。Fe: 铁对氧的亲和力大，FeO造渣好。可降到万分之一。Co: 与铁相似，形成硅酸盐和铁酸盐被除去。Zn: 大部分以锌蒸汽挥发，其余氧化成ZnO造渣除去。Sn: 可氧化成SnO和SnO2，SnO为碱性易与SiO2造渣除去，SnO2为酸性氧化物，与碱性氧化物如Na2O或CaO等造渣，所以除锡时加入苏打或石灰石。,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,42,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,43,第三类：不能除去或极少除去的Au、Ag、Se、Te和Bi等杂质。Au、Ag: 不氧化，极少被挥发性化
23、合物带入烟尘。Se、Te: 少量氧化成SeO2和TeO2随炉气带走外，大部分留在铜中。Bi：除去的可能性很小。因为Bi对氧的亲和力与铜相差不大。 2. 还原过程还原过程是将铜液中含有的Cu2O用还原剂脱除的过程。常用的还原剂有重油、天然气和液化石油气等。,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,44,用重油还原时，高温下重油中的有机物先分解为H2、CO和甲烷等。其反应如下： Cu2O + H2 = 2Cu + H2O Cu2O + CO = 2Cu + CO2 4Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 +2H2O 用H2还原Cu2O时，当Cu2O饱和的状态下，可见，混合气体
24、中只要有极少的H2，就可以去还原Cu2O。铜水对氢的溶解能力较强。铜溶液中含氢量过多，铸成的阳极板产生气孔，对电解不利。,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,45,表2-18 粗铜火法精炼主要技术经济指标,3.4 粗铜火法精炼 3.4.2 火法精炼的理论基础,46,3.4 电解精炼 3.4.1 概述,火法精炼产出的精铜品位一般为99.299.7%，含有0.30.8%的杂质。电解精炼的目的是：(1) 降低铜中的杂质含量，从而提高铜的性能，使其达到各种应用的要求；(2) 回收其中的有价金属，尤其是贵金属和稀散金属。电解精炼的产品是电铜，按纯度不同可分为1号铜(Cu99.95%)、
25、2号铜(Cu99.9%)、3号铜(Cu99.7%)、4号铜(Cu99.5%)。其中1号铜的标准见表2-19。,表2-19 粗铜火法精炼主要技术经济指标,47,1. 阳极反应阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。式中M为Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的元素。这些元素在铜中的含量低，其电极电位更负，因此将优先溶解进入电解液，同时铜也不断地溶解到电解液中。水和硫酸根离子的氧化电位比铜正得多，其反应不可能进行。金、银和铂族金属的电位更正，不能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。,3.4 电解精炼3.4.2 电解精炼的理论基础,48,2. 阴极反应阴极上进行的是铜的还原反应。氢的标准电极电
26、位比铜负，且在铜阴极上的超电位，使氢的电极电位更负，所以在正常电解条件下不会析出氢。电极电位比铜负的元素，也不能在阴极上析出。,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,49,3. 电化当量即产铜计算根据法拉第定律：只要析出1克当量物质，就要通过96500（法拉第常数F）库仑电量；设某物质共析出m克，其克当量数为n，通过的电量Q=nF.析出物质的量m等于克当量数n与化学当量z（原子量M除以价态）的乘积，即m=nz或n=m/z。Q=nF=mF/z=It;m=Itz/F=qIt。其中q=F/z被称为该物质的电化当量，表示通过1库仑电量析出某物质的克数，常用g/A.h来表示。Cu2+的电化当量
27、为1.1852g/A.h。,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,50,3. 电化当量及产铜计算例1：现有9个串联的电解槽，共装入0.6吨铜始极片，电流强度为3800安培，问6天后槽内的铜量是多少？ m=qIt=1.18523800246910-6=5.84吨 槽内的总铜量为5.84+0.6=6.44吨,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,51,4. Cu+的形成及其影响铜在电解过程中能氧化成Cu+和Cu2+两种离子：在平衡状态下：此平衡常数K的数据列于表2-20。,表2-20 不同温度下平衡反应 的平衡数据,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,52,平衡时C
28、u+浓度很小，其值随温度升高而增大。Cu+在电解过程中引起以下两个负反应。 (1) Cu+很不稳定，易氧化。Cu2SO4 + 1/2O2 + H2SO4 = 2CuSO4 + H2O 此反应的进行，不断地消耗H2SO4，而且使反应2Cu+=Cu2+Cu向左边进行，不断生成Cu+，以便恢复其平衡。 (2) 当Cu2+浓度和温度降低时，Cu+达到饱和而进行分解反应。 Cu2SO4 CuSO4 + Cu结果产生大量的铜进入阳极泥，降低阳极泥中贵金属元素的含量，并增加电解液中Cu2+的浓度。,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,53,5. 铜的化学溶解在电解过程中电极和电解液界面上，发生铜
29、的化学溶解，导致电解液表面接触处的阳极易断裂，并增加电解液中Cu2+的浓度。Cu + 1/2O2 + H2SO4 = CuSO4 + H2O 6. 电解过程中杂质行为按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类： 第一类：正电性金属和以化合物形态存在的元素。Au、Ag和铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，当有少量Cl存在时，形成AgCl进入阳极泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形态进入阳极泥中。,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,54,第二类：在电解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。Pb在
30、溶解时形成PbSO4沉淀，并可进一步氧化成PbO2覆盖在阳极上，使槽电压升高。Sn进入电解液后氧化成四价，四价的硫酸锡易水解成碱式硫酸锡进入阳极泥中。 SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2OSn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4 Sn(OH)2SO4沉淀时可吸附As、Sb的化合物，有利于电解，但过多会粘附在阴极上，降低阴极质量。 第三类：负电性金属Ni、Fe、Zn。Fe和Zn溶于电解液中，Ni可电化学溶解于电解液中，但有一些不溶性化合物如NiO和镍云母等，易在阳极表面形成不溶性的薄膜，使槽电压升高，甚至会引起阳极钝化。,3
31、.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,55,第四类：电位与铜相近的As、Sb和Bi。电解时它们可在阴极上放电析出。它们还易形成SbAsO4和BiAsO4等漂浮阳极泥，机械地粘附在阴极上，影响阴极质量。其中Sb进入阴极的量比As多，所以危害比As大。,3.5 电解精炼3.5.2 电解精炼的理论基础,56,Cu2+浓度：Cu2+浓度不足，容易使一些杂质在阴极上析出；但Cu2+浓度不能过高，否则会增大电解液电阻和易在阴极表面形成CuSO45H2O结晶。通常为4045g/l。 H2SO4浓度：硫酸可提高熔液的导电性，但使电解液中的CuSO4溶解度下降。通常为180200g/l。 电解液温度：适
32、当提高温度对Cu2+扩散有利，并使电解液成分更加均匀，但过高会增大铜的化学溶解和电解液的蒸发。通常为5560。 电解液的循环：为了减小电解液组成的浓度差，电解液必须进行循环。循环方式有上进下出和下进上出两种。,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,（1）铜电解过程中一些重要的技术参数,57,5. 电流密度：提高电流密度可增加铜产量，但同时会增大槽电压，从而增加电能消耗。通常采用220230A/m2。 6. 槽电压：槽电压影响电能消耗，正常生产中槽电压一般为0.250.30V。 7. 电流效率与 直流电单耗： 一般铜电解电流效率9298%。影响电流效率的因素主要有：漏电、阴阳极短路、阴极
33、铜被空气氧化和Fe2+与Fe3+的氧化还原等。 8.化学溶解率：在电解过程中氧的存在和较高的温度促成了阴阳极都存在一定的化学溶解，因而使电解液中铜离子浓度升高，由于这些原因造成的铜离子增长的数量占溶解铜量的百分数就是化学溶解率，一般在1.5%左右，这部分铜靠净液和造酸槽脱铜。,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,（1）铜电解过程中一些重要的技术参数,58,（2）铜电解车间配置及主体设备,1进液管；2阴极；3阳极；4出液管；5放液管；6放阳极泥孔,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,图 2-36 铜电解槽的结构示意图,（2）铜电解车间配置及主体设备,60,电解过程中，电解液中
34、的铜和负电性元素的含量逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂不断积累，使电解液成分发生变化。因此必须通过计算，定期抽出一定量的电解液进行净化，同时补充等量的新液。电解液净化的目的是：回收铜、钴、镍；除去有害杂质砷、锑；使硫酸返回使用。 1. 中和结晶用铜粉中和电解液中的硫酸，生产硫酸铜晶体。Cu(粉) + H2SO4 + 1/2O2 = CuSO4 + H2O中和液经蒸发浓缩获得饱和的CuSO4高温溶液(8090)，冷却即可析出硫酸铜晶体(胆矾)。,（3） 电解液的净化,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,61,2. 脱Cu，脱As、Sb、Bi结晶后液用不溶阳极电解的方法回收铜，同时脱除杂质
35、。 当Cu2+浓度降低到8g/l以下时，As、Sb和Bi与Cu一起析出，得到含砷黑铜，送往火法精炼处理。电解液中的As和Sb也可用萃取法或化学法除去。 3. 生产粗硫酸镍上面的处理后液中含有4050g/l的Ni和300g/l左右的硫酸。利用蒸发浓缩的方法，可得到粗硫酸镍，结晶后液返回电解车间使用。,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,（3） 电解液的净化,62,（4） 铜电解过程的冶金计算,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,63,（4） 铜电解过程的冶金计算,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,例2：已知某系列有18个电解槽，从5月3日9点装入阴极皮720张，总
36、计1.6吨。到5月9日13点横电出槽，产出电铜共32.4吨，电解期间电流强度始终为10000安培。计算一下该系列电解槽的电流效率。 解：总计通电时间6天零4小时，t=246+4=148小时 m/(q.I.t.n.10-6)100% =(32.4-1.6)/(1.1852100001481810-6) 100% =30.8/31.574100%=97.55%。例3：某铜电解车间共有220台电解槽，6月份电解通电时间累计共29天，电流强度为10000安培。净产出电铜1750吨，付出电费20万元，每度电0.4元，低压用电占总用电量的12，整流器转换效率94，计算一下该车间的交流电和直流电单耗各是多少
37、？电流效率是多少？槽电压V是多少？,64,（4） 铜电解过程的冶金计算,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,解:(1)该车间6月份消耗的交流电量为：2000000.4=500000度，交流电单耗500000/1750=286度吨；(2)该车间6月份直流电消耗量为500000（112）94413600度， 直流电单耗为：4136001750236度吨(3)电流效率m/(q.I.t.n.10-6)100%=1750/(1.185210000242922010-6) 100%=96.43%。 (4)槽电压 ：由直流电单耗w=1000 V/q. , V=w.q. /1000=2361.185
38、20.96431000=0.27伏特,65,（4） 铜电解过程的冶金计算,3.5 电解精炼 3.5.3 铜电解精炼实践,例4：有1个月产4000吨电铜的电解车间，开动电流强度为8000安培，电解液含铜为42g/l，日净液量33m3，电解过程中的化学溶解率为1.5%，造酸槽脱铜的电流效率为95%，生产天数30天，若维持电解液含铜不变，应该设几个造酸槽脱铜？ 解： 每月电解液中铜增长量为4000(1-1.5%）-4000=60.9（吨） 每月净液除去的铜量为：42333010-3=41.6（吨） 每月造酸槽负责的脱铜量为：60.9-41.6=19.3（吨） 单槽月析出铜量为w1=qIt10-6=1.1852800024300.9510-6=6.5（吨） 应设造酸槽的个数n=19.3/6.5=2.97=3（个）,
