「西安礦源」銅系列｜銅萃取—電積的方法原理

【西安礦源有色冶金研究院】

讓客戶滿意和放心

讓員工有體面的工作和有尊嚴的生活！

目前，在工業上已獲得廣泛應用的銅萃取劑為螯合型的羥肟類化合物。在反應過程中，1個Cu2＋與2個螯合劑分子結合成1個螯合物分子。人們把這類萃取看作是陽離子交換過程，即浸出液中的1個Cu2＋與2個螯合劑分子的H＋進行交換，因而，萃餘液中的酸度增加。從理論上講，堆浸中由浸銅而消耗的硫酸，在萃取過程中會因Cu2＋的萃取而重新回到萃餘液中返回作堆浸的溶浸劑，因此，如果礦石中只含銅，堆浸是不應該消耗硫酸的。相應的反應如下：

銅浸出

CuSiO3·2H2O＋H2SO4

CuSO4＋SiO2＋3H2O

銅萃取

CuSO4＋2HR

R2Cu＋H2SO4

銅堆浸過程中消耗的硫酸，主要是由於礦石中含有的鐵、鋁、鈣、鎂及碳酸鹽等雜質所引起的，如

Fe2O3＋3H2SO4

Fe2（SO4）3＋3H2O

CaCO3＋H2SO4

CaSO4＋H2O＋CO2

萃取過程中萃取劑所給出的酸，實質上來自反萃－電積過程，即銅的電積過程中，水被電解而生成的

銅電積

CuSO4＋H2O

Cu＋ O2＋2H＋＋SO42－

銅反萃

H2SO4＋R2Cu

CuSO4＋2HR

一、銅萃取

從以上討論中可以看到，銅萃取時會產生硫酸，故萃取應在低酸介質中進行；而反萃取則在高酸介質中進行，這是一個可逆過程

Cu2＋（水相）＋2HR（有機相）

R2Cu（有機相）＋2H＋（水相）

銅萃取的分配係數

D分＝

二、銅電積

對電解槽中的硫酸銅溶液施以直流電，使Cu2＋在陰極上沉積為金屬銅的過程，稱之為銅的電積；在此過程中的陽極為不可溶性的鉛銀（銻）合金板。若陽極為可溶性粗銅，則該過程稱為銅的電解精煉。

銅電積過程中，兩極發生下列反應

陰極 Cu2＋＋2e

Cu

陽極 H2O－2e

O2＋2H＋

電積過程中的電極電位為

E＝EΦ－

＝－0.89＋0.0318lg

由於銅電積是在高酸中進行， ≈l，銅離子約為45g∕L， ≈0.l，由上式可計算出，銅電積的理論分解電壓為－0.92V，陽極上氧的超電壓約為0.5V，外加電解液和導電件的電壓降等，故實踐中，銅電積的槽電壓為1.8～2.5V，此值比銅電解精煉的槽電壓高出約10倍。銅電積的槽電壓高，而電流效率較低，一般為72%～92%，所以銅電積的電耗高達1700～2500kWh∕tCu，約為銅電解精練的10倍，成為銅電積最大弱點。

電積時的電流效率是主要的技術經濟指標之一。它的含義是指在陰極上實際沉積的金屬量與按法拉第定律計算的理論沉積金屬量之比。以銅為例，按法拉第定律的理論沉積量（Q）與電流密度、極板面積、電積時間成正比，即

Q＝1.186DkSt×10－3kg

式中，Dk－電流密度，A／m2；

S－陰極板面積，m2；

1.186－銅的電化當量，kg∕A·h；

t－電積時間，h。

在實際生產中，陰極上沉積的金屬量都比理論值要低。