電解銅:化學銅闆-中文百科頻道

簡介

将粗銅（含量銅99%）預先制成厚闆作為陽極，純銅制成薄片作陰極，以硫酸（H2SO4）和硫酸銅（CuSO4）的混和液作為電解液。通電後，銅從陽極溶解成銅離子(Cu）向陰極移動，到達陰極後将會獲得電子而在陰極析出純銅（亦稱電解銅）。粗銅中雜質銅活潑的鐵和鋅等會随銅一起溶解為離子（Zn和Fe）。由于這些離子與銅離子相比不難析出，所以電解時隻要适當調節電位差即可避免這些離子在陰極上析出。比銅不活潑的雜質如金跟銀等沉積在電解槽的底部。這樣生産出來的太銅闆，稱為“電解銅”，質量高，可以用來制作電氣産品。沉澱在電解槽底部的比喻為“陽極泥”，裡面富含金銀，是十分貴重的物體，取出再加工具有極高的經濟價值

化學反應

把電解銅再進一步加工，可制作成為極細的電解銅粉。

銅電解精煉的原理如下：

陽極反應：Cu — 2e = Cu2+

Me — 2e = Me2+

H2O — 2e = 2H+ + 1/2O2

SO4 2- — 2e = SO3 + 1/2O2

式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負電性的金屬，它們從陽極上溶解進入溶液。H2O和SO4 2-失去電子的反應由于其電位比銅正，故在正常情況下不會發生。貴金屬的電位更正，不溶解，而進入陽極泥。

陰極反應：Cu2+ + 2e = Cu

2H+ + 2e = H2

Me2+ + 2e = Me

在這些反應中，具有标準電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原，但它們在陽極不溶解，因此隻有銅離子還原是陰極反應的主要反應。

原材料

（1）銅精礦

在自然界中自然銅存量極少，一般多以金屬共生礦的形态存在。銅礦石中常伴生有多種重金屬和稀有金屬，如金、銀、砷、銻、铋、硒、鉛、碲、钴、鎳、钼等。根據銅化合物的性質，銅礦物可分為自然銅、硫化礦和氧化礦三種類型，主要以硫化礦和氧化礦，特别是硫化礦分布最廣，目前世界鋼産量的90％左右來自硫化礦。

銅礦石經選礦富集獲得精礦，常見為褐色、灰色、黑褐色、黃綠色，成粉狀，粒度一般小于0.074mm。含銅量13-30％，按行業标準YS／T318-1997《銅精礦》的規定，其化學成分和産品分類如表1。

（2）未精煉銅

按國家标準GB／T11086-1989《銅及銅合金術語》規定，未精煉銅包括冰銅、黑銅、沉澱銅和粗銅。冰銅主要由硫化亞銅和硫化亞鐵組成的中間産品，黑銅通常用彭風爐熔煉廢雜銅或氧化銅礦石而産生的含雜質較多的銅，銅含量一般為60％-85％。沉澱銅通常用鐵從含銅的溶液中置換，沉澱而獲得的銅和氧化銅的不純混合物，幹量計算銅含量一般約50％-85％。粗銅是用轉爐吹煉冰銅而産生的純度不高的銅，粗銅中銅的含量一般約為98％，本标準中規定的未精煉銅，主要指的是粗銅。粗銅按行業标準YS／T70-1993《粗銅》的規定，按化學成分分為三個品級。

（3）銅廢碎料

銅廢碎料涉及的範圍較廣，包括紫銅、黃銅、青銅、白銅的廢雜料，本标準規定的銅廢碎料僅指紫雜銅。紫雜銅為銅制品所産生的各類廢料、廢件。如廢舊電纜、紫銅管、棒、闆、塊、帶及帶薄鍍層的上述材料和其它非合金類銅廢料等。有以下5種分類及規格：

第1類：

（a）紫銅管、棒、闆、塊、帶，表面幹淨，無油泥和其它沾附、夾雜。

（b）各種裸銅線、短線和其它純銅廢料。

第2類：

（a）1類銅廢料中混有紙屑、各種絕緣材料、少量油泥、鏽垢、雜物，但重量必須小于1％。

（b）直徑0．3mm以上的漆包線，無污物和雜物。

第3類：各種報廢的純銅或有薄鍍鋅層的純銅電器開關，零部件。

第4類：

（a）直徑0．1-0．3mm的漆包線。

（b）有油泥或少量其它夾雜的漆包線。

（c）幹淨、發脆的火燒線。

第5類：各種純銅水箱、蒸發器、熱交換器具、但其内部不得有充填物，隻允許有少量自然形成的水垢。

陰極銅

（1）陰極銅的品質要求：銅精礦由電解精煉法或電解沉積法生産得到陰極銅。按國标GB／T467－1997《陰極銅》的規定，陰極銅按化學成分分為高純陰極銅（Cu－CATH－1）和标準陰極銅（Cu－CATH－2）和兩個牌号。

陰極銅的試驗方法：高純陰極銅化學成分的仲裁分析方法按GB／T13293－1991《高純陽極銅化學分析方法》的規定進行，标準陰極銅化學成分的仲裁分析方法按GB／T5121-1996《銅及銅合金化學分析方法》的規定進行。表面質量用目視檢測。

加工方法

銅的冶煉方法可分為兩類：火法冶金和濕法冶金。世界上精銅産量的85％以上是用火法冶金從硫化銅精礦和再生銅中回收的，濕法冶金生産的精銅隻占15％左右。

（1）火法冶金

火法煉銅的方法很多，主要有：鼓風爐熔煉、反射爐熔煉、閃速熔煉、電爐熔煉等。從以上煉銅的工藝流程圖看出：硫化銅精礦（含銅量為13％－30％）可以采用幾種不同的冶金方法進行熔煉，得到冰銅，再經過轉爐吹煉得到含銅大于97．5％的粗銅，因粗銅的質量仍滿足不了工業用銅的要求，必須精煉後得到的精銅要求含銅99．95％以上。在硫化銅精礦冶煉的過程中同時還可以回收硫、金、銀、銻、铋、鎳、硒等有價元素。

在中國，從銅精礦中提取金屬銅，主要采用火法冶金的方法，目前，比較先進的是閃速熔煉，其産量占全國産銅量的30％以上。由于能耗低，規模大，能有效控制環境污染等優點。這一冶煉技術正在煉銅工業上得到日益發展。閃速熔煉根據不同爐型的工作原理可分為兩種類型：Outokumpu閃速熔煉、InCo閃速熔煉。以下介紹Outokumpu熔煉的工藝流程。

（2）濕法冶金

濕法冶金在許多情況下與火法相配合的。其過程的主要化學反應是在水溶液中進行的。銅（鋅）礦物預先通過氧化或硫酸焙燒，轉變可溶狀态，然後再進行浸出、淨化電積、以提取電解銅。通常有RLE法、常壓氨浸出法（阿比特法）、高壓氨浸出法、細菌浸出法等。從焙燒→浸出→淨化→電積，簡稱RLE法。其生産流程，濕法冶金主要适用從低品位氧化礦、廢礦堆及浮選尾礦中提取金屬銅。

蝕刻液

線路闆生産過程産生大量的蝕刻液，該液中含有銅（銅含量約為120-140g/l）、氨水及氯化铵。對于這種蝕刻液，傳統的處理方法是線路闆生産企業作為廢液售賣給回收公司，回收公司以其為原料生産硫酸銅産品，但其中大量含氨液體得不到有效的利用，造成資源浪費，并且不能産生效益。蝕刻液萃取-電沉積（SX-EW）再生閉路循環工藝是使用萃取劑，萃取蝕刻液中的銅，以硫酸反萃成硫酸銅後用電積方法生産金屬銅，而萃取後殘液則調整PH及添加劑再生成蝕刻液子液使用，達到節省資源、減少污染、增加企業效益的目的。

所采用工藝流程是根據銅工業冶煉工藝：萃取-電積工藝進行蝕刻液電解銅技術，這一技術成熟可靠，廣泛使用工藝。

損耗原因

本标準隻考慮了工藝損耗，途耗未計算在内。

（1）工藝損耗

爐渣含銅損失是銅冶煉的主要損失，按損失的形态可分為三種類型：

①化學損失

是指銅以Cu2O形态造渣引起的損失。隻要爐料中含有足夠的硫，Cu2O都将變成硫化物。但如果含硫不足或者氧化氣氛太大，而又沒有足夠的反應條件時，爐渣含Cu2O對就可能較高。

②物理損失

是指銅以Cu2S形态溶解于爐渣中引起的損失。它取決于爐渣成分，酸性爐渣溶解較少，FeO含量高的爐渣對Cu2S溶解度大，因此，為了降低銅的物理損失，應盡可能減少爐渣中的FeO量，或者提高酸度，或者加入CaO代替一部分FeO。

③機械損失

是由于冰銅顆粒未能從爐渣中沉清所引起的。爐渣粘度和比重過大，熔點過高使冰銅不易沉清；爐渣過熱度不夠，熔池容積和形狀不合理，沉清時間沒有保證；化學反應不完全，産生氣泡的浮遊作用；冰銅顆粒大細，來不及結合成大顆粒沉降。此外，煙氣和電解液的排放都會引起銅的損失。

銅冶煉生産過程中的金屬損失（以葫蘆島東北有色金屬集團公司為例）情況：

①鼓風爐熔煉工序金屬回收率97．8％，金屬損失2．2％；

②轉爐吹煉工序金屬回收率99．5％，金屬損失占投入工序金屬量的0．5％；

③陽極爐精練工序金屬回收率99．5％，金屬損失占投入工序金屬量的0．5％；

④銅電解工序金屬回收率99％，金屬損失占投入工序金屬量的1％。

按以上各工序金屬回收率計算，銅冶煉總回收率為96.0％，金屬損失4．0％。

（2）途耗

精礦在運輸、貯存的損耗比較複雜，一般可以按下述規定執行，但在本标準中，途耗将不包括在内。

①精礦在港口落地後裝車，貨損按0．1％計算，若在5天後裝車，每增加1天，貨損增加0.01％。

②精礦在落地後，每倒動一次，貨損0．1％。

③火車運輸過程，貨損按0．3％-0．4％計算，運輸距離超過500公裡，每100公裡增加0.1％。

④因外界因素影響，貨損有時增加。下大雨2小時以上貨損加0．05；下中雨連續4小時以上貨損加0．05％；下小雨8小時以上，貨損加0.05％。貨物落地後，因風大造成損失，應根據實際情況進行取證（現場記錄、排照、錄象等）後确定。

⑤精礦進廠後倉儲損失（包括檢斤後倉外損失、卸車損失、倉内存放和運輸損失）按0．3％計算。

用途

電解銅就是用電解方法使銅陰極沉積而得到電解精煉銅。按純度不同分為一号銅(T1)、二号銅(T2)、三号銅(T3)、四号銅(T4)。

銅與人類關系非常密切有色金屬，被廣泛地應用于電氣、輕工、機械制造、建築工業、國防工業等領域，我國有色金屬材料消費中僅次于鋁。

銅電氣電子工業中應用最廣、用量最大，占總消費量一半以上。用幹各種電纜和導線，電機和變壓器繞陽，開關以及印刷線路闆等機械和運輸車輛制造中，用于制造工業閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等化學工業中廣泛應用幹制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。

國防工業中用以制造子炮單炮乘件等每生産100萬發子彈重用銅13--14味

建築工業中，用做各種管道，管道配件裝飾器件等。

發展前景

銅産品被廣泛地應用于電氣、輕工、機械制造、建築工業、國防工業等領域。我國銅資源儲備有限，對外依存度高，我國銅冶煉産能持續提升，其增速超過銅精礦供給增速。2020年我國電解銅産量約為1003萬噸，預計供需缺口在200萬噸以上。而我國僅電解銅就需大量進口，疊加銅礦資源較為匮乏而冶煉能力較為充足的行業條件，也需要大量進口銅精礦。我國國内銅的供給彈性較小，銅礦開發項目制以及資本支出周期往往導緻銅礦産出周期與需求周期錯配，供給存在較大的約束性，且易受不确定因素影響。

前國内三大銅消費增長動力分别是家電、房地産以及新能源/半導體行業。以空調為例，盡管2020年受到疫情影響導緻國内産量有所下降，但是進入2020年下半年以來空調市場複蘇态勢明顯。進入2021年随着空調能效新政正式落地，未來空調市場可能面臨一輪短暫的銷量增長。而國内經濟較大程度依賴房地産拉動，形成完整的經濟周期--地産周期--銅價周期的傳導鍊條，進入2020年房屋竣工面積開始回暖的背景下，未來市場對于銅的需求可能會進一步提高。

執行原則

标準執行條例中列舉的陰極銅品位是以國标GB／T467-1997《陰極銅》中的标準陰極銅（Cu－CATH-2）含銅的下限99．95％作為計算依據，符合本标準的其它牌号的陰極銅的單耗計算。銅金屬屬出口征稅商品，海關和外經貿主管部門在審批、備案、核銷企業加工貿易合同時，其單耗标準值應在标準中規定的單耗上下限之間，尤其不得低于下限。