陽極銅經過電解精煉,生産出電氣工業所需要的高純銅,并回收陽極中含有的貴金屬以及副産品鎳、铋、硒和碲等。世界銀産量有近75%是銅和鉛精煉的副産品,而很多貴金屬是從貴金屬含量很低的礦石中回收的。
電解精煉的原料是粗銅。粗銅經火法精煉除去了大部分硫和氧,以及少最重金屬。跟據實際操作情況,把火法精煉的銅鑄成重159~270公斤,70 x 40×7.5厘米~90×90×3.75厘米的陽極。陽極含銅約99.4%,雜質總量約0.6%。
電解生産用的陰極始極片,是在種闆槽中用經過特殊抛光并塗油的種闆沉積産生的純銅薄片,重3.64~5.91公斤,厚1.56毫米。陰極的長和寬比陽極大2.5~5厘米。
最普通的電解槽是由混凝土制造的,内部襯鉛、瀝青、樹脂或塑料,防止電解液腐蝕。
電解槽尺寸為3.39×1.07×1.14米,其中裝有放陽極和陰極的支架,可放38個陽極,39個陰極。38個陽極為一組,39個陰極為一組,陽極和陰極按預先定好的距離排放,陽極中心距為8.75~3.75厘米,每兩個陽極之間的中心放一個陰極。陽極支架兩端各放一個陰極,每個陽極供給兩個陰極的銅離子,經過14天電解,取出陰極時,陰極1.25厘米厚,重達113.6公斤。電解28天後,陽極重量減少到原來重量的8~15%。取出殘極,經過洗滌,再返回陽極爐重熔,鑄成新陽極。
理論上,電解液含CuSO₄40克/升,H2SO4200克/升,它僅作為反應介質,溶液中銅離子濃度不變。然而,在生産中,銅離子濃度将增加,一般是在電解系統中采用幾個脫锸槽,用不溶鉛陽極和銅陰極析出過量的銅離子,保持電解液中銅離子濃度在所要求的水平。電解液的循環也很必要。通常電解液從電解槽底加入,從電解槽上部流出,以實現循環。這種循環減少了電解液分層的趨勢,這是由于陽極銅進入電解液中,電解液被比重大的硫酸銅飽和,硫酸銅将趨向下沉。與此同時,在陰極上銅從溶液中析出,留下比重小的稀硫酸溶液,它将上升。因此,應連續混合,以免電解液分層而嚴重地妨礙生産順利進行。
為了使電解液中鎳和砷等主要雜質積累量不超過允許極限,還要定期抽出足夠的電解液淨化,因為電解液中可溶雜質直接影響陰極産品的純度。一般采用三個串聯的電解槽淨化電解液。淨化槽采用鉛陽極和銅陰極。第一個槽産出質量好的陰極銅,第二個槽産出壓量較差的銅,送陽極熔爐化,第三個槽産出含砷高的低品位沉積物,返回熔煉廠。
脫銅溶液主要由硫酸鎳和硫酸組成,在鉛蒸發器中濃縮6~7小時,直到硫酸濃度達到1000克/升為止。冷卻時,鎳以無水粗硫酸鎳沉澱,過濾除去。淨化過的酸性溶液返回電解車間。
一般用于銅電解精煉的電解槽都采用複聯法布置。其陽極間距很小,以保持槽電壓最小,平均槽電壓為0.25伏。陰極電流密度為177.6~222安/平米,電流效率達90%以上。電流強度遵守法拉第定律,從而100%電流效率,1安培小時可沉積1.186克銅(銅是二價互屬)。
循環電解液在蒸汽加熱池内加熱到60℃,然後,用泵提升到高位槽,由高位槽自流循環到每個電解槽,流速為9~18升/分。在電解槽上部抽出循環電解液,在電解槽底部加入新電解液,陽極泥沉降與電解液流動方向相反,溶液的向上流動不足以影響不溶陽極成分的正常向下沉降而彙集在電解槽底部。除了加熱可提高電解槽效率外,還需加少量膠和鹽。加膠可提高陰極銅質量,加入量通常為45.5克/噸陰極銅。氯化物濃度保持0.012~0.03克/升,就能将溶液中的銀、铋或銻都沉澱出來。
陰極銅可以直接切開出售,用于制造合金,或者在直流電弧爐爐内或反射爐内熔化,鑄成符合要求線錠、鑄錠、方坯或扁錠出售。最好用電爐,因為不像反射爐那樣燃料燃燒污染,不需要吹煉,插木還原,不必造渣除去這種污染物。熔煉爐旁邊的傾斜爐内有木炭覆蓋層,以防氧化。含CU9.98%的精銅鑄入水平旋轉圓形鑄錠機的模中。如果需要,也可以得到含氧0.03%的紫銅,即在熔煉和鑄錠階段,把空氣吹入熔體内,使其達到含O0.9%,然後用插木還原法将熔體的含氧量降到0.03%。
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