【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 導(dǎo)電性 銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率為 58m/(Ω mm2)。這一特性使得銅大量應(yīng)用于電子、電氣、電信和電子行業(yè)。銅的這種高導(dǎo)電性與取原子結(jié)構(gòu)有關(guān)；當(dāng)多個(gè)單獨(dú)存在的銅原子結(jié)合成銅塊時(shí)，其價(jià)電子將不再局限于銅原子之中，因而可以在全部的固態(tài)銅中自由移動(dòng)，其導(dǎo)電性僅次于銀。銅的導(dǎo)電性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為：長(zhǎng) 1m重 1g 的銅在 20℃時(shí)的導(dǎo)電量公認(rèn)為 100%?，F(xiàn)在的銅煉技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出同品級(jí)銅的導(dǎo)電量比這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)高出 4%～ 5% 。 (2) 銅的導(dǎo)熱性 固體銅中含有自由電子所產(chǎn)生的另一重要效應(yīng)就是其擁有極高的導(dǎo)熱性，其熱導(dǎo)性為 386W/()，導(dǎo)熱性僅次于銀。加之銅比金、銀儲(chǔ)量更豐富 ,價(jià)格更便宜，因此被制成電線電纜、接插件端子、匯流排、引線框架等各種產(chǎn)品，廣泛用于電子電氣、電訊和電子行業(yè)。銅還有各種換熱設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站輔機(jī)、空調(diào)、制冷、汽車(chē)水箱、太陽(yáng)能集熱器柵板、海水淡化以及醫(yī)藥、化工、冶金等各種換熱場(chǎng)合。 (3) 銅的耐蝕性 銅具有良好的耐蝕性能，優(yōu)于普通鋼材，在堿性氣氛中優(yōu)于鋁。銅的電位序中是 +，比氫高，是電位較正的金屬。銅在淡水中的腐蝕速度也很低 (約)。并且銅管用于運(yùn)送自來(lái)水時(shí)，管壁不沉積礦物質(zhì)，這點(diǎn)是鐵制水管所遠(yuǎn)不能及的。正因?yàn)檫@一特性，高級(jí)衛(wèi)浴給水裝置中大量使用銅制水管、龍頭及有關(guān)設(shè)備。銅極耐大氣腐蝕，其在表面可形成一層主要有堿式硫酸銅組成的保護(hù)薄膜，即銅綠，其化學(xué)成分為 CuS04 Cu(OH)2及 CuSO4 3Cu(OH)2。因此銅材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、 管件 ?；ず歪t(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng) 。艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng)；沖制種類(lèi)硬幣 (耐腐蝕性 )、裝飾、獎(jiǎng)牌、獎(jiǎng)杯、雕塑和工藝品 (耐蝕性色澤典雅 )等。 銅的電解精煉概述 銅電解精煉現(xiàn)狀 銅的火法精煉一般能產(chǎn)出含銅 %～ %的粗銅產(chǎn)品，但仍然不能滿足電氣工業(yè)對(duì)銅的性質(zhì)的要求，其他工業(yè)也需要使用精銅。因此，現(xiàn)代幾乎所有的粗銅都經(jīng)過(guò)電解精煉，以除去火法精煉難以出去的雜質(zhì)。銅的電解精煉，是將火江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 法精煉的銅澆鑄成陽(yáng)極板，用純銅薄片作為陰極片。相間地裝入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液，在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅和電位較負(fù)的賤金屬溶解進(jìn)入溶液，而貴金屬和某些金屬（如硒、碲）不溶，成為陽(yáng)極泥沉于電解槽底。溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出，而其他電位較負(fù)的賤金屬不能在陰極上析出，留于電解液中，待電解液定期凈化時(shí)除去。這樣，陰極上析出的金屬 銅純度很高，稱(chēng)為陰極銅或電解銅，簡(jiǎn)稱(chēng)電銅。 含有貴金屬和硒、碲等稀有金屬的陽(yáng)極泥，作為銅電解的一種副產(chǎn)品另行處理，以便從中回收金、銀、硒等元素。在電解液中逐漸積累的賤金屬雜質(zhì)，當(dāng)其達(dá)到一定的濃度后，會(huì)妨礙電解過(guò)程的正常進(jìn)行。例如，曾加電解液的電阻和密度，使陽(yáng)極泥沉降速度減慢，甚至在陰極上與銅一起放電，影響陰極銅的質(zhì)量，因此必須定期定量地抽出凈化，并相應(yīng)地向電解液中補(bǔ)充新水和硫酸。抽出的電解液在凈化過(guò)程中，常將其中的銅、鎳等有價(jià)元素以硫酸鹽的形態(tài)產(chǎn)出，硫酸則返回電解系統(tǒng)重復(fù)使用。 在電解車(chē)間，通常設(shè)有幾百個(gè)甚 至幾千個(gè)電解槽，每一個(gè)直流電源串聯(lián)其中的若干個(gè)電解槽成為一個(gè)系統(tǒng)。所有的電解槽中的電解液必須不斷循環(huán)，使電解槽內(nèi)的電解液成分均勻。在電解液循環(huán)系統(tǒng)中，通常設(shè)有加熱裝置，以將電解液加熱至一定的溫度。近十年來(lái)，我國(guó)銅電解精煉操作技術(shù)有很大改進(jìn)，操作電流密度大幅度提高 【 5】 ，使生產(chǎn)得到強(qiáng)化。進(jìn)行了周期反向電流電解試驗(yàn)，操作電流密度達(dá)到 400A/m2。 銅電解精煉的基本原理 傳統(tǒng)的銅電解精煉是采用純凈的電解銅薄片作陰極，陽(yáng)極銅板含有少量雜質(zhì)（一般為 %～ %）。電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液。 由于電離的緣故，電解液中的各組分按下列反應(yīng)生成離子： CuSO4=Cu2++SO42 H2SO4=2H++SO42 H2O=H++OH 在未通電時(shí)，上述反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡。但在直流電通過(guò)電極和溶液的情況下，各種離子作定向運(yùn)動(dòng)，在陽(yáng)極上可能發(fā)生下列反應(yīng)： ??? 22 CueCu VE CuCu / 2 ?? ??? 239。239。 MeM VE MM 39。/39。 2 ?? 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 22 2122 OHeOH ??? ? VE OOH / 22 ? 2324 212 OSOeSO ???? VE OSO / 224 ?? 種板 陽(yáng)極 初始片 陽(yáng)極 初始片 殘極 陽(yáng)極泥 電解液 電解液 電銅 陽(yáng)極 泥殘極 送電解 返火法 送陽(yáng)極 送陽(yáng)極 返火法 精煉 精煉 泥處理 泥處理 精煉 再生銅 粗硫酸鎳 結(jié)晶硫酸銅 粗硫酸 返火法精煉 生產(chǎn)精制硫酸鎳 返回電解精煉 圖 銅電解精煉一般工藝流程圖 式中 M′只指 Fe、 Ni、 Pb、 As、 SB 等比 Cu 更負(fù)電性的金屬。因其濃度很低，其電極電位將進(jìn)一步降低，從而它們將優(yōu)先進(jìn)入電解液。由于陽(yáng)極主要成分是銅，所以陽(yáng)極的主要反應(yīng)將是銅溶解形成 Cu2+的反應(yīng)。至于 H2O 和 SO42失去電子的氧化反應(yīng)，由于其電極電位比銅正的多，故在陽(yáng)極上是不可能進(jìn)行的。另外，如Ag、 Au、 Pt 等電位更正貴金屬、鉑族金屬和稀有金屬，更是不能溶解，而落到電解槽底部。 此外，楊的析出還具有相當(dāng)大的超電位。因此，在銅電解精煉過(guò)程中不可能發(fā)生水放電，只有當(dāng)銅離子的濃度達(dá)到極高或電解槽內(nèi)陽(yáng)極嚴(yán)重鈍化，使精煉電壓升高至 以上時(shí)才可能有氧在陽(yáng)極上放出。至于 SO42離子的放電反應(yīng)，因?yàn)槠潆娢桓?，故在銅電解精煉過(guò)程中式不能進(jìn)行的。 在陰極上可能發(fā)生下列反應(yīng)： VECueCu CuCu 0 /2 2 ??? ?? VEHeH HH 022 0 /2 2 ??? ?? 種板槽 電解精煉 凈 化 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 39。39。 0 39。/39。2 2 VEMeM MM ??? ?? 氫的標(biāo)準(zhǔn)電位較銅負(fù)，且在銅陽(yáng)極上的超電壓使使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常的電解精煉條件下，陰極不會(huì)析出氫，而只有銅的析出。同樣，標(biāo)準(zhǔn)電位比銅低而濃度又小的負(fù)電性金屬 M′，不會(huì)在陰極析出。 電解過(guò)程中還形成一價(jià)銅離子 Cu+并建立下列平衡： 22 /2 2 ????? ?? CuCu CCKCuCuCu 表 12 上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù) 溫度（ ℃ ） 101 60 50 40 30 21 KCu 103 104 105 105 105 106 綜上所述，銅電解精煉過(guò)程，主要是在直流電的作用下，銅在陽(yáng)極上失去電子后以 Cu2+的形態(tài)溶解，而 Cu2+在陰極上得到電子以金屬銅的形態(tài)析出的過(guò)程。除此之外，還不可避免地有 Cu2+的產(chǎn)生，并引起一系列的副反應(yīng)，使電解過(guò)程復(fù)雜化。 根據(jù)以上情況，可以認(rèn)為銅電解精煉時(shí)較有利的工作條件是：電解液中含有足夠高的游離硫酸和二價(jià)銅離子；電解液的溫度不宜過(guò)高；采用足夠高的電流密度；盡量減少電解液與空氣的接觸 [6]。 銅電解精煉中雜質(zhì)的主要行為和影響 在電解精煉過(guò)程中，陽(yáng)極銅中的各種雜質(zhì)的行為，按其電位序可分為四類(lèi)： （ 1）比銅更負(fù)電性的元素。如：錫、鋅、鐵和鎳，大部分進(jìn)入電解液，并在電解液中積累，需定期凈化除去；當(dāng)陽(yáng)極溶解時(shí)，以金屬形態(tài)存在的該類(lèi)雜質(zhì)均電化溶解，并以二價(jià)離子形態(tài)進(jìn)入溶液，其中鉛、錫由于產(chǎn)生難溶的鹽類(lèi)或氧化物，大部分轉(zhuǎn)入陽(yáng)極泥 ，其余則在電解液中積累。共同特點(diǎn)是：消耗溶液中的硫酸，增加溶液的電阻。 鋅、鐵和錫都是在火法精煉中容易除去的雜質(zhì)，在陽(yáng)極中含量很低。鋅在陽(yáng)極溶解時(shí)，全部成為硫酸鋅進(jìn)入電解液；鐵以 Fe2O3 形式存在于銅晶體間的縫隙中，陽(yáng)極溶解時(shí)絕大部分以二價(jià)形式進(jìn)入電解液；錫在陽(yáng)極溶解時(shí)最終水解為溶解度不大的堿式鹽，沉入槽底成為陽(yáng)極泥。鉛主要生成 PbSO4進(jìn)入陽(yáng)極泥。 鎳是火法精煉時(shí)難以除去的雜質(zhì)。為了提高冶煉流程中鎳的綜合利用率，火江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 法精煉時(shí)，力求將鎳最大限度地以金屬鎳的形式保存在陽(yáng)極泥中，即調(diào)銅保鎳。實(shí)踐表明，鎳在陽(yáng)極上的 溶解與陽(yáng)極含氧量有很大的關(guān)系。陽(yáng)極含氧量低，鎳絕大部分進(jìn)入溶液；陽(yáng)極含氧量高，則鎳很大部分進(jìn)入陽(yáng)極泥。 （ 2）比銅更正電性的元素。如：金、銀、鉑和鈀，一般以金屬狀態(tài)進(jìn)入陽(yáng)極泥；銀、金和鉑族元素比銅具有較大的正電性，但他們通常只以很小的濃度與銅形成固溶體，若濃度較高，則形成過(guò)飽和溶體。對(duì)陽(yáng)極泥進(jìn)行的物相分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極泥中絕大部分的銀以硫酸銀形式存在，少量以氯化銀存在，以金屬銀形式存在的更少，而且氯化銀相與硫酸銀相混合；而金幾乎 100%地進(jìn)入陽(yáng)極泥，陰極銅含有極微量的金，是陽(yáng)極泥的機(jī)械粘附所引起的。 （ 3）電位接近于銅的元素。如：砷、銻和鉍，電解時(shí)呈三價(jià)離子形式進(jìn)入電解液，是電解過(guò)程中最有害的雜質(zhì)。這類(lèi)雜質(zhì)應(yīng)盡量在火法精煉時(shí)除去，其在電解液中的含量也應(yīng)適當(dāng)控制。 砷、銻、鉍的電位與銅比較接近，在正常的電解過(guò)程中，一般很難在陰極析出。陽(yáng)極溶解時(shí)，這些元素成為離子進(jìn)入溶液，大部分水解成為固態(tài)氧化物，一部分則在電解液中積累。 為了避免陽(yáng)極銅中的雜質(zhì)砷、銻、鉍進(jìn)入陰極，保證電解過(guò)程能產(chǎn)出合格的陰極銅特別是高純陰極銅，應(yīng)采取如下措施： 1)粗銅在火法精煉時(shí)，應(yīng)盡可能地將這些雜質(zhì)除去； 2)控制電解液中適當(dāng)?shù)乃岫群豌~離 子濃度，防止雜質(zhì)的水解和抑制雜質(zhì)離子的放電。 3)維持電解液有足夠高的溫度（ 60～ 650C）以及適當(dāng)?shù)难h(huán)速度和循環(huán)方式。4)電流密度不能過(guò)高。目前采用的常規(guī)電解方法，電解密度以不能超過(guò) 300A/m2為宜。 5)加強(qiáng)電解液的凈化，保證電解液中較低的砷、銻、鉍濃度。一般維持電解液中砷為 1～ 5g/L，最高不超過(guò) 13g/L；銻為 ～ ，不超過(guò) ；鉍一般為 ～ ，不超過(guò) 。 6)加強(qiáng)電解液的過(guò)濾。實(shí)踐證明，保證電解液中漂浮陽(yáng)極泥含量低于 20～30mg/L，有利于 高純陰極銅的正常生產(chǎn)。 7)向電解液中添加配比適當(dāng)?shù)奶砑觿?，保證陰極銅表面光滑、致密，減少漂浮陽(yáng)極泥或電解液對(duì)陰極銅的污染。 （ 4）其他雜質(zhì) 陽(yáng)極銅中的氧通常與硫、硒、碲、硅等元素形成化合物存在，這些化合物大部分是難溶于電解液的，在電解過(guò)程中它們主要進(jìn)入陽(yáng)極泥。前已述及， NiO的行為對(duì)電解過(guò)程有很大的影響。隨陽(yáng)極銅中氧含量增加，鎳進(jìn)入陽(yáng)極泥的分配率江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 隨之增大的同時(shí)，也常在陽(yáng)極表面形成不易脫落的化合物薄膜，引起陽(yáng)極電位升高，槽電壓增大，嚴(yán)重時(shí)甚至造成陽(yáng)極鈍化。因此，粗銅火法精煉時(shí)，應(yīng)該把陽(yáng)極銅中的含氧量控制在低限內(nèi)，以消除上述不利影響，保證電解生產(chǎn)地正常進(jìn)行。 陽(yáng)極銅中的硫大多以 CuS 的形態(tài)存在。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的火法精煉技術(shù)都能使陽(yáng)極銅中的硫含量低至 %以下，因此對(duì)電解過(guò)程的影響很小。 陽(yáng)極銅中的硫大多以 Cu2Se 顆粒夾雜于 Cu2O之間。在電解過(guò)程中，硒化物、碲化物并不溶解，而在陽(yáng) 極上形成程度不同的松散外殼或從陽(yáng)極表面脫落，沉入電解槽底，成為陽(yáng)極泥。 通常，硅在陽(yáng)極銅中的含量是很小的，在銅電解精煉過(guò)程中，存在的硅量也并不多，但它也有可能影響陽(yáng)極鈍化。電解過(guò)程中，一部分富銅的硅酸鹽包裹物溶解形成硅膠 ，但大部分仍被帶入陽(yáng)極銅中。而陽(yáng)極銅中的硅酸鹽不溶解，從陽(yáng)極 能夠脫落后進(jìn)入陽(yáng)極泥 [7]。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第二章 廠址選擇與論證 廠址的選擇依據(jù) 廠址選擇要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計(jì)劃和工業(yè)布局的要求進(jìn)行。廠址選擇適當(dāng)與否，對(duì)企業(yè)的建設(shè)速度、建廠投資、生產(chǎn)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)及工農(nóng)關(guān)系等會(huì)帶來(lái)重大影響。 廠址選擇的一般原則是：應(yīng)符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設(shè)規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設(shè)施，解約資源；要靠近原材料、水、電供應(yīng)充足和產(chǎn)品銷(xiāo)售便利的地方，有較好的交通運(yùn)輸條件；要注意節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田，留有發(fā)展余地；要有適當(dāng)?shù)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質(zhì)、水災(zāi)、地震等條件及較好的協(xié)作條件等。 在進(jìn)行廠址選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)有色生產(chǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)充分論證以下 幾個(gè)問(wèn)題： （ 1）環(huán)境保護(hù)和節(jié)約用地問(wèn)題 有色冶金生產(chǎn)特點(diǎn)之一是無(wú)一