哪里可以学习电解铜技术

电解铜熔体净化技术
  铸造技术电解铜熔体净化技术高海燕倪红军2孙宝德12(1.上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室,上海200030;。南通工学院机械系,江苏南通226007)工业应用和复合净化技术。  铜的高导热性使其成为冶金工业中高炉水冷板、连铸结晶器等水冷设备的首选材料。但杂质元素对铜的热传导性能和加工性能有很大影响。P、Ti、Fe、Si、As等对铜的电导率危害较大,Zn、Ag、Cd等影响较小,而且固溶于铜的杂质元素对导电性的影响具有累积效应。铜中的杂质O和S分别以Cu2O和Cu2S形式存在,易引起铸件“冷脆”;杂质元素Pb、Bi等则与Cu形成低熔点共晶体导致材料“热脆”。  铜在熔炼过程中易氧化和吸气,进入熔体的氢和氧在凝固时发生水汽反应,见式(1)。水蒸汽若不能完全从熔体中逸出,铸件中则形成气孔。  此外,直接利用废旧紫铜生产高品质的纯铜制品或无氧铜,对熔体除杂去渣也带来新的挑战。因此,铜熔体净化包括3方面内容:除气、脱氧、除杂质。  1技术现状1.1熔体除气铜熔体除气是指去除溶解的氢。真空条件下,熔体表面的氢分压极低,溶解于铜中的氢很容易逸出。但真空熔炼投资大,应用少。常见的除氢方法有:通惰性气体除氢,氧化除氢,熔剂除氢等。  1.1.1惰性气体除氢将纯净氮气通过高纯石墨管导入熔池深处,氮气泡内氢的分压为零,熔体中的氢在分压差的作用下向氮气泡内扩散,随氮气泡的上浮被排除。当温度为1 200°0时,向450kg熔体中通入400L氮气,熔体中氢含量从大于3.0mU100g降至约0.2mL/100g,远低于熔点温度下氢在固态铜中的溶解度14.氮气泡对熔体的搅拌还有助于夹杂物的聚集和上浮。  1.1.2氧化除氢一般情况下,铜液中氢和氧并存。上述水蒸气反应在一定温度下达到平衡时,熔体中氢含量为:―与温度有关的常数;Ph2o――体系气相中水蒸气分压。  式(2)表明,在一定熔炼条件下,铜液中的氢氧含量存在此消彼长的关系,即氧化法除氢的基本原理。  因此,有意识地增加液态铜中的氧能够有效地排除熔体中的氢。  氧化法的优点是,在除气的同时,还可将熔体中部分杂质氧化,减轻杂质元素对导电性的影响。但经氧化处理的铜液,熔体中氧化亚铜的含量高,给后期脱氧1.1.3熔剂除气除气熔剂一般分两类:一是盐类,如碳酸钠、碳酸钙等,他们在高温下分解产生不溶于铜的C02净化气泡。加入熔体的熔剂必须保持干燥,而且要尽可能压入熔池深处。这种除气方法本质上与吹氮法一致。以干燥的压缩氮气为载体将粉末熔剂喷入熔池内部,则净化效果更佳。另一类熔剂,通过与氢反应形成不溶性氢化物达到除气的目的。X-Ray衍射分析证实,在熔体中添加含稀土的熔剂,熔渣中有LaH存在,即稀土元素镧与铜液中的氢反应生成了LaH,从铜液中上浮去除。此外,适量的金属锂和钙也具有除氢作用。  熔剂法除气的缺点是,熔盐的分解产物或反应生成的氢化物若不能全部浮起,会导致熔体二次污染,此时应辅以恰当的除渣措施,避免在铸件中形成夹渣。  1.2熔体脱氧铜中的氧大部分以CmO形式存在,脱氧实际上是将CmO还原为Cu的过程。脱氧方法有:脱氧剂法、过滤法、喷粉法、熔盐法、电化学法等。  1脱氧剂脱氧脱氧剂法应用最广,常用的脱氧剂有木炭、磷、锂、硼、镁、稀土等。  木炭木炭通常用作熔池覆盖剂,以避免熔体与炉气直接接触,防止铜液吸气和氧化,同时还具有脱氧、保温等多种功能。在此,木炭脱氧反应仅在熔池表面进行,脱氧的速度较为缓慢。一般需要添加其它脱氧剂对熔体进行终脱氧。  磷磷是最常用的脱氧剂,通常以Cu-15%P中间合金使用,脱氧产物P2O5以气泡形式逸出熔体最终产物2Cu2卞25很容易聚集上浮而被除去。但熔体中残余的磷会强烈降低铜的导电性能,磷含量从0.015%增加至0.05%时,其电导率从92%IACS迅速降至78%IACS左右,因此无氧铜和导电用铜一般不用磷脱氧。  锂锂是强脱氧剂,同时还具有脱氢能力。  生成的Li2和液态的LiOH(熔点为445°C)很容易从铜液中除去。熔体中过量的锂对铜的导电性影响不大,但能够与水汽反应使熔体重新吸氢,影响铸件性能。生产中有时为节约成本采用“P-Li双联”,即P预脱氧,Li终脱氧。  因此,稀土是铜熔体极佳的净化剂,铜熔体中加入适量稀土,能够净化铜的基体和晶界,提高铜的导电性能和力学性能的研究表明,初始氧浓度5. 10+3的铜,在1160°C经熔融BaCh电解2h后,氧含量降到3.0X10-5.该方法还可去除熔体中的硫等非金属杂质。目前,熔盐脱氧方面的研究还处于实验室阶段,离工业化尚有一定距离。  4固体电解质脱氧利用对氧离子传导的固体电解质脱氧。常用的固体电解质为氧化钇或氧化镁稳定的Zl2,Zl2两侧氧的化学势梯度是氧离子迁移的驱动力。SORALP和PALU的实验得出,在280min内,氧浓度从4.43X10+4降到1.9X10-5.这种方法的优点是节能、环保、不污染熔体但其脱氧效率低,大规模生产不宜采用。  1.3杂质元素去除1氧化法采用氧化法的必要条件是杂质与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力。氧化除杂过程一般分为氧化和还原两个阶段。在氧化阶段,通过向熔池鼓入压缩空气或富氧空气,或加入氧化熔剂将Cu首先氧化成Cu2,再将杂质氧化。氧化后熔体中存在大量Cu2,必须进行脱氧。脱氧前应彻底去除氧化渣,否则杂质会重新还原进入熔体。  1.3.2熔剂法主要指向熔体中加入能够与杂质反应的物质,形成浮于熔体表面的熔渣。这类熔剂通常是含多种成分的复合精炼剂,如Na2CO3、硼砂、氯盐和氟盐等,具有除杂和造渣的功能。  2铜熔体净化技术的发展2.1多功能熔剂研制新型熔剂应具备的特点:①多功能,集覆盖、脱氧、除气、造渣等功能于一身,甚至能够细化晶粒,提高铸件力学性能;②呈粉末状,可以结合旋转喷吹技术使用,提高净化效果;③无毒无害,节能环保。  2.2稀土的工业化应用目前间断加入稀土的方法无法保证产品品质稳定,如果应用等角挤技术或快速凝固技术将铜稀土合金制成线材,辅以喂线技术可将稀土连续不断地引入熔体,满足连续生产的要求。  2.3复合净化技术铜熔体净化研究需要综合运用材料、冶金、物理、化学等手段,对现有的技术进行改造和整合,形成先进的复合净化技术。上海交通大学目前正致力于熔体复合净化技术的研究,净化平台围绕“除气、脱氧、去杂”  的目标搭建,充分发挥氧化法既能除气又能氧化杂质的优点,结合过滤脱氧高效率无污染的优点,辅以物理和化学的除渣技术取得了阶段性成果,直径3mm铜丝20°C电阻率仅为0.0,该复合净化技术设备简单,有望近期投入工业化生产。
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电解铜生产技术及生产过程
时间: 15:13:37&&来源:&&作者:
&  电解铜生产技术及生产过程是怎么样的呢?电解铜生产技术有什么特点呢?电解铜生产技术的发展怎么样呢?所谓的电解铜生产技术是指生产电解铜所需要的工艺参数等内容。电解铜生产过程就是生产电解铜的步骤。电解铜就是一种含铜量比较高的金属。电解铜包括了1#电解铜和2#电解铜。电解铜是与人类关系非常密切的有色金属,它被广泛用于机械制造、建筑工业、国防工业等领域。电解铜生产技术不止一种,对应的电解铜生产过程也就不同了。
  电解铜生产技术及生产过程?
  1、工业电解铜冶炼技术:
  (1)火法冶炼电解铜技术:包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序,以硫化铜精矿为王要原料,最后冶炼出含量达99.99%高纯铜。
  ①火法冶炼电解铜技术原理:
  吹炼第一阶段,将FeS氧化成FeO,造渣除去,得到白冰铜(Cu2S)。冶炼温度1150℃~1250℃。主要反应是:
  2FeS+3〇2&2Fe〇+2S〇2
  2Fe0+Si02^2Fe0-Si02
  第二阶段,冶炼温度&C将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜:
  2Cu2S+302^2Cu20+2S02
  Cu2S+2Cu20-^6Cu+S02
  ②火法冶炼电解铜生产过程:
  焙烧:分别脱除精矿中部分或全部的硫,同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质
  熔炼:其目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分铁氧化,并与脉石、熔剂等造渣除去,产出含铜较高的冰铜。
  火法冶炼电解铜生产过程图
  (2)湿法冶炼电解铜技术:湿法炼铜用硫酸将铜矿中的铜转变成可溶性的硫酸铜,再将铁放入硫酸铜溶液中把铜置换出来,这种方法叫湿法炼铜。其原理就是用置换反应制取金属。
  ①湿法冶炼电解铜技术原理:化学方程式如下
  CuO+H2S04==CuS04+H20复分解反应
  CuS04+Fe=Cu+FeS04置换反应
  ②湿法冶炼电解铜生产过程:
  一是浸铜,就是把铁放在胆矾(CuS〇4.5H2〇)溶液(俗称胆水)中,使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来。
  二是收集,即将置换出的铜粉收集起来,再加以熔炼,铸造。
  湿法冶炼电解铜生产过程图
  2、萃取&电积电解铜生产技术:从含铜物料或溶液中釆用浸出一萃取_电积技术回收铜的工艺流程见图示意。
浸出一萃取一电积电解铜生产过程图
  该技术主要由浸出、萃取、电积三部分组成,有三个循环,消除了污染,降低了成本,提高了萃取率
  火法冶炼、湿法冶炼电解铜生产技术的比较?
法冶炼、湿法冶炼电解铜生产技术的比较表
铜精矿,多种矿石
低品质矿,矿石类型较少
复杂,能耗高
简单,能耗低
大量排放二氧化硫,污染重
高品质铜,无杂质
&&&&萃取&电积电解铜生产技术原料的要求?要求原料矿石中硅、钙,镁含量低,铜含量&1%,料液(浸出液)中的铁含量&2g/L。对铜含量&2%的原料使用堆浸法.要求矿石粒度&50对铜含量&2%的原料使用搅拌法.要求矿石粒度为0.864~1.900mm。
  萃取&电积电解铜生产技术原料?
  1、铜含量1%以上(越高越好)的氧化铜矿;
  2、硫化铜矿,经过脱硫焙烧后成为氧化铜;
  3、含铜的贵重金属的硫化物矿,脱硫后的矿渣和灰经过水淬槽水淬后.送萃取系统电积铜(其他贵重金属再回收);
  4、其他的含铜废渣和废水。
  萃取&电积电解铜生产技术的设备?浸出部分主要设备有搅拌浸出槽,矿浆低位槽、滤渣浆化槽、浸出液池、压滤机、空气压缩机和砂浆泵(要求耐腐耐磨)等;萃取部分主要设备有混合澄清池,萃余液他、有机相贮槽和富电解液槽等:电积部分主要设备有电解槽、髙位槽、整流器和洗铜槽等。
  萃取&电积生产吨电解铜的成本?
萃取&电积生产吨电解铜的成本表
  国内外铜精矿火法生产电解铜先进冶炼技术的发展方向?当代国内外火法冶金技术正朝着:短流程连续炼铜、高富氧、低能耗、高效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化先进方向发展。
  国内外铜精矿火法生产电解铜先进冶炼技术及生产过程?当代铜精矿火法冶金获取电解铜需经熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼四大工序,四大工序的现代先进技术归纳如下。
  1、熔炼先进技术(铜精矿&冰铜)及生产过程:主要任务是对硫化铜精矿熔炼,脱除硫、铁、铅、锌、锡、砷、锑、铋、镍等杂质和精矿中的大量脉石,火法熔炼的主要化学反应是氧化-还原反应,产物为冰铜或铜锍(中间产品)。火法熔炼的同时还可以富集金、银、铂、钯、硒、碲等稀贵有价元素。20世纪70年代以前,传统的火法熔炼方法,包括鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼,这几种工艺的共同和难以克服的缺点是能耗大、硫利用率低、环境污染严重和劳动生产率低等。由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出,能源日趋紧张,环境保护法规日益严格,以及劳动代价逐步上涨,促使铜冶金技术从20世纪80年代起获得飞速发展,迫使传统的火法冶金方法不得不被新的强化熔炼方法来代替,传统的冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术,其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过二三十年的努力,闪速熔炼与熔池熔炼已成为目前取代传统火法冶金最有前途的方法。据统计,目前世界铜产量中,这两类火法炼铜方法所产的粗铜分别占到总产量的1/3。二者之间的区别在于,闪速熔炼主要反应发生在炉膛空间,反应体系连续相是气相(炉气);熔池熔炼主要反应发生熔池内,反应体系连续相是液相(锍、金属或炉渣)。
  2、吹炼先进技术(冰铜&粗铜)及生产过程:任务是把火法熔炼工序获得的冰铜,在高温和氧化气氛下吹炼,进一步脱除硫和铁等杂质,产物为中间产品粗铜,含铜98%~99%,贵金属也进入粗铜中。当代传统成熟的吹炼技术包括PS转炉吹炼、固定反射炉侧吹式连续吹炼。当代国内外得以实际应用推广的先进高效吹炼技术包括闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、奥斯麦特炉吹炼,很有发展前景和潜力的先进高效吹炼技术如艾萨炉吹炼法、诺兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法正处于工业试验阶段,从发展趋势看,传统吹炼技术正在逐步让位于先进高效吹炼技术,目前先进吹炼技术的知识产权仍主要为外国掌握。
  3、火法精炼先进技术(粗铜&阳极铜)及生产过程:任务是高温条件下把吹炼工序获得的粗铜进一步精炼,进一步脱除杂质,获得适合铜电解的阳极铜或阳极板。当代国内外得以实际应用推广的先进火法精炼技术包括回转式阳极炉和铜阳极板全自动定量浇铸圆盘机组,而传统的火法精炼技术固定式反射炉和机械式圆盘机+人工浇铸方式正在逐步被先进火法精炼技术
  4、电解精炼先进技术(阳极铜&电解铜)及生产过程:任务是在电解槽中通入直流电,把阳极板精炼成纯度更高和用途更广的成品电解铜。铜电解生产工艺目前划分法为:传统法(常规法)和现代法,大极板长周期工艺和小极板短周期工艺。
  (1)传统法(常规法):传统铜电解工艺是一种有种板或始极片的铜电解法。传统法铜电解生产中始极片的制作与组装是一项劳动强度大、消耗人工多的生产环节,所需的工作量占全部极板处理作业工作量的50%以上,其缺点是工人劳动强度大、机械化自动化水平低、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的优化难于保证和实现,一般适合中小规模企业生产,目前仍为国内外绝大多数中小企业采用。
  (2)现代法:现代铜电解工艺为永久不锈钢阴极电解法,也称无种板或无始极片的铜电解工艺。永久不锈钢阴极法是适应铜电解产业大规模、高效率、低成本、大极板(阴极板规格长&宽=)、高电流密度和高纯阴极铜方向发展而开发的当代世界最先进铜电解技术。它是以不锈钢阴极技术为核心,集成了当今铜电解领域的各项先进技术而衍生的先进铜电解技术,它整体上解决了传统铜电解工艺存在的问题,并衍生出了一系列成套高效能、高自动化和信息化的技术和装备,包括不锈钢阴极技术和装备、成品阴极剥离技术和装备、阳极校正技术和装备、残阳极洗涤技术和装备、电解专用吊车、添加剂自动探测监控技术、电解槽短路和槽电压自动探测监控技术、新型电解液循环方式、电解液精细过滤技术等。永久不锈钢阴极电解法使工人劳动强度大大减少,机械化自动化水平、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的得到了显著的优化和提升。目前永久不锈钢阴极电解法关键核心技术仍为外国公司掌握,世界上拥有永久不锈钢阴极法知识产权的有澳大利亚PTY铜精炼有限公司研制的ISA法、加拿大鹰桥公司开发的KIDD法和芬兰Outokumpu公司开发的OK法三种。并且三种方法均得到了商业化应用。
  (3)大极板长周期工艺:其阴极均用厚度为?0.6mm左右的薄铜片制成,又称始极片。一片始极片的使用寿命只有一个阴极周期。
  (4)小极板短周期工艺:同上。
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