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      關(guān)于電積沉銅過(guò)程中如何提高陰極銅質(zhì)量研究

      2016-11-19 04:46:20孫雪影馬永順
      都市家教·下半月 2016年4期
      關(guān)鍵詞:陰極銅電積晶核

      孫雪影 馬永順

      一、電積沉銅工藝簡(jiǎn)介

      氧化銅精礦通過(guò)硫酸浸出后,得到的CuSO4浸出液經(jīng)過(guò)洗滌凈化、萃取提純和反萃等操作,得到潔凈的含Cu2+在40-50g/L的CuSO4料液。將合格的CuSO4料液通入電解槽內(nèi),陽(yáng)極采用Pb-Sn合金板或Pb-Sn-Ca合金板,陰極采用不銹鋼或純銅始極片,向電解槽內(nèi)通入2V左右的直流電流,CuSO4料液中的銅離子就會(huì)在陰極還原成為金屬銅,陽(yáng)極在電解時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的通電生產(chǎn)就會(huì)在陰極得到產(chǎn)品陰極銅(電積銅)。對(duì)陰極銅,除了要求化學(xué)品位符合標(biāo)準(zhǔn)外,還要求有好的物理規(guī)格,即要求結(jié)晶均勻致密,表面光潔。因?yàn)榻Y(jié)晶粗糙的表面,會(huì)使許多雜質(zhì)機(jī)械地夾雜在金屬中,影響它的質(zhì)量,而且表面容易被氧化。

      電積沉銅過(guò)程的實(shí)質(zhì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,在這個(gè)平衡體系中,任何一道工序的失調(diào)都將打破這個(gè)平衡體系的平衡,最終影響陰極銅的質(zhì)量。因此,想提高陰極銅質(zhì)量就要從影響陰極銅質(zhì)量的因素入手,本論文重在研究影響陰極銅質(zhì)量的因素,從而來(lái)提高陰極銅的質(zhì)量。

      二、影響陰極銅質(zhì)量的因素

      1.電流密度的影響

      電流密度的表達(dá)式為:Dk=I/S,我們常說(shuō)的電流密度,一般指陰極電流密度,即單位陰極面積所流經(jīng)的電流安培數(shù)。

      電積沉銅的實(shí)質(zhì)為一個(gè)電結(jié)晶過(guò)程,電結(jié)晶過(guò)程可分為兩步,第一步是晶核的形成;第二步是晶核的長(zhǎng)大。這兩個(gè)過(guò)程的速度決定著陰極銅結(jié)晶的粗細(xì)程度。如果晶核的生成速度較快,而晶核生成后的成長(zhǎng)速度較慢,則生成的晶核數(shù)目較多,晶粒較細(xì)。反之晶粒就較粗。也就是說(shuō)在電積沉銅過(guò)程中,當(dāng)晶核的生成速度大于晶核的成長(zhǎng)速度時(shí),就能獲得結(jié)晶細(xì)致,排列緊密的陰極銅。電流密度的大小就影響著電結(jié)晶的兩個(gè)過(guò)程。

      電流密度較低的條件下,已形成的晶核可以不斷均勻長(zhǎng)大,而新的結(jié)晶核則不易形成。所以,在低電流密度下易得到粗晶粒結(jié)晶。雖然結(jié)晶均勻,但卻不致密,陰極銅較軟。電流密度較高的條件下,已形成的結(jié)晶核長(zhǎng)大的速度就逐漸減慢而停止,促使形成新的結(jié)晶核,所以,高電流密度下,由于結(jié)晶核形成的速度較快,而易得到細(xì)晶粒的結(jié)晶。但過(guò)高的電流密度,將造成陰極附近電積液中Cu2+極度貧化。這時(shí)雖有利于形成結(jié)晶核,但卻無(wú)充足的Cu2+來(lái)使結(jié)晶核長(zhǎng)大。所以結(jié)晶雖然細(xì)小,但不致密,反而得到松軟的沉積物。同時(shí),Cu2+的極度貧化,還將造成雜質(zhì)在陰極析出,進(jìn)一步惡化陰極銅的構(gòu)造,甚至得到海綿狀結(jié)晶。

      因此,合適的電流密度對(duì)陰極銅的質(zhì)量影響非常大,河南某冶煉廠(chǎng)通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明,電積沉銅過(guò)程中電流密度控制在180~240A/m2可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      2.電積液的流通(循環(huán)量)

      電積液的循環(huán)流通,可以使陰極附近的銅離子濃度均勻分布,消除陰陽(yáng)極間的濃差極化現(xiàn)象,同時(shí)可以使電積液的溫度均勻,不至于產(chǎn)生分層現(xiàn)象。如果不進(jìn)行循環(huán)流通,由于存在濃差極化現(xiàn)象,電積液就會(huì)分層,造成在電結(jié)晶過(guò)程中陰極沉積物結(jié)晶上下不均勻。實(shí)際生產(chǎn)中為提高生產(chǎn)率,在高電流密度下,只有采用大的循環(huán)速度,才有利于獲得細(xì)晶粒的結(jié)晶。在一般電流密度下,電積液循環(huán)也應(yīng)維持足夠的速度方能得到結(jié)晶致密的陰極銅。在低電流密度下,循環(huán)量可稍低。

      河南某冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中CuSO4料液的循環(huán)量一般控制在40-70L/min,可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      3.電積液溫度的影響

      電積液溫度直接影響著電積液的導(dǎo)電率和Cu2+在溶液中的擴(kuò)散速率。提高電積液溫度,能提高電積液的導(dǎo)電率,加速銅離子的擴(kuò)散,使陰極附近的Cu2+不發(fā)生貧化。高溫下易得到粗晶粒結(jié)晶,其沉積物較松軟。反之,則得到細(xì)晶粒的結(jié)晶。但溫度過(guò)低,就使電積液電阻增大。

      某廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明,一般控制電積液溫度在38-42℃,可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      4.電積液的酸度和銅離子的濃度

      電積液中含游離H+的濃度即酸度,酸度是影響電結(jié)晶的極重要因素。生產(chǎn)實(shí)踐證明當(dāng)CuSO4料液中含酸低于160 g/L時(shí),會(huì)使電積液電阻增大,槽電壓升高,不利于獲得細(xì)致結(jié)晶;但含酸過(guò)高,卻會(huì)使CuSO4結(jié)晶析出,也會(huì)造成槽電壓升高,也不利于獲得細(xì)致結(jié)晶。Cu2+的濃度,在電積液含銅低的情況下,易在陰極區(qū)產(chǎn)生貧化現(xiàn)象,有利于獲得細(xì)小結(jié)晶,但Cu2+濃度過(guò)低,卻又會(huì)使陰極區(qū)Cu2+過(guò)度貧化,尤其是在高電流密度下更為顯著,反而得不到致密的結(jié)晶。

      河南某冶煉廠(chǎng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明電積液中含酸量控制在 160~200 g/L,含Cu2+量控制在35-45g/L時(shí)可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      5.添加劑的影響(指陰極添加劑)

      在銅電積生產(chǎn)中,除了陰、陽(yáng)極板的質(zhì)量和電解液成分之外,添加劑的種類(lèi)、加入量以及加入方式等都是比較關(guān)鍵的問(wèn)題。添加劑的配合使用在很大程度上直接影響著陰極銅的質(zhì)量。目前,國(guó)內(nèi)外常用的添加劑有:瓜爾膠、硫脲、鹽酸等。理論與實(shí)踐均已證明,為了使陰極銅表面光滑、平整、避免長(zhǎng)粒子,減少短路和電積液機(jī)械粘附在陰極上的可能性,除了嚴(yán)格控制各工序技術(shù)條件外,還應(yīng)添加適量的膠狀物質(zhì)和表面活性物質(zhì),以改善陰極表面質(zhì)量。

      河南某冶煉廠(chǎng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明:瓜爾膠作為陰極平滑劑,可以減少一些雜質(zhì),如硫、鐵及鉛在陰極的夾帶等,加入量一般在100~120g/t.Cu,硫脲具有去極化作用,電積液中硫脲的濃度為5mg/L 時(shí),可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      6.電積液中的雜質(zhì)含量

      電積液中除H2SO4、CuSO4和少量添加劑外其余成分均為雜質(zhì)成分。電積液中的雜質(zhì)直接影響電流效率和陰極銅純度質(zhì)量。因此,電積液中雜質(zhì)含量越低越好。

      河南某冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐證明,電積液中主要雜質(zhì):Fe<3.0g/L,Pb<0.8g/L,Bi<0.5g/L,Sb<0.3g/L,SiO2<0.5g/L時(shí),可得到較高質(zhì)量的陰極銅。

      三、結(jié)論

      實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中想提高電積沉銅過(guò)程中陰極銅質(zhì)量,就要從電積過(guò)程中控制的電流密度、電積液的流通(循環(huán)量)、電積液溫度、電積液的酸度和銅離子的濃度、添加劑加入量(指陰極添加劑)和電積液中的雜質(zhì)含量等因素入手。

      由理論和生產(chǎn)實(shí)踐可知:

      (1)電流密度控制在180~240A/m2;

      (2)CuSO4料液的循環(huán)量一般控制在40-70L/min;

      (3)電積液溫度在38-42℃;

      (4)含酸量控制在 160~200 g/L,含Cu2+量控制在35-45g/L;

      (5)瓜爾膠加入量一般在100~120g/t.Cu,硫脲的濃度為5mg/L ;6、主要雜質(zhì)含量:Fe<3.0g/L,Pb<0.8g/L,Bi<0.5g/L,Sb<0.3g/L,SiO2<0.5g/L時(shí),可得到高質(zhì)量的陰極銅質(zhì)量。

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