高电流密度铜电解技术的理论及实践 - 有色金属（冶炼部分）.doc

高电流密度铜电解技术的理论及实践 吴继烈1，Andreas Filzwieser2 (1.江苏环球铜业有限公司，江苏连云港 222000；2. Mettop GmbH，8700 Leoben，Austria) 摘要：讨论了高电流密度铜电解技术的理论基础，描述了该技术开发应用的两个案例，重点分析了投资运行成本、电能消耗、阳极钝化等问题。生产实践表明，该技术是一项高产能、高电流效率、低标煤能耗的强化电解技术，具有在铜及铅、锌、镍行业推广的前景。 关键词：高电流密度铜电解；理论探讨；应用；投资成本分析 中图分类号：TF811 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（201）0-0000-00 Theory and Plant Practice of High Electric Current Density for Copper Electrolysis WU Ji-lie1, Andreas Filzwieser2 (1. Jiangsu Universal Copper Co. Ltd, Lianyungang 222000, Jiangsu, China; 2. Mettop GmbH, 8700 Leoben, Austria) Abstract: The technology of high electric current density electrolysis for copper was theoretically analyzed. Two case studies were described. The investment cost, power consumption and anodic passivation were selectively analyzed. The plant practice shows that an intensified electrolysis in core, this technology has a commercialization prospect in copper, zinc, lead, and nickel industry with advantages of high productivity, high electric current efficiency, and low energy consumption. Key words: high electric current density electrolysis for copper; theoretical discussion; application; cost analysis of investment 无论是火法冶金领域还是湿法冶金领域，高强度强化冶炼技术一直是冶金界追求的目标和冶金工艺发展的方向，因为它具有低投入、高产能、低能耗、低成本的优势。高富氧技术的应用是火法炼铜领域的一大突破，高电流密度技术的应用则是铜电解领域的一大突破。 1 高电流密度铜电解技术的理论探讨 铜电解的工业化应用已有近200年的历史，但在20世纪80年代以前，铜电解采用传统的始极片工艺，其电流密度始终在250 A/m2以下徘徊。此后，不锈钢阴极及专用机组的广泛使用使电流密度提高到280~330 A/m2。无论是传统的始极片工艺还是永久不锈钢阴极工艺，由于其电解液循环方式的原因，电流密度再无突破之可能。 铜在水溶液电解过程中其电析出的量遵守法拉第定律，可用下式表示： (1) 式中：mCu为析出的金属质量（g），i为电流密度（A/m2），A为电极面积（m2），t为时间（s）。 （1）式说明，在已有的设备参数条件下（即一定的电积面积A条件下），要想提高电析出的铜量只有提高电流密度。在目前的铜电解工艺技术条件下，可计算出铜电解的理论极限电流密度为i极限=1 000 A/m2，但实际生产中只有30%~40%的理论极限电密度能运行。这就是目前铜电解工艺的电流密度技术很难突破330~350 A/m2的原因[1]。 理论极限电流密度i极限如（2）式所示： （2） 式中：、、分别为离子化合价、法拉第常数、扩散系数，它们均为常数；C0为电解液中铜离子的浓度；为电极上的扩散层厚度。 式（2）表明，提高C0、降低均能提高i极限和i技术，而C0又受CuSO4·5H2O析出结晶浓度及增加电解液电阻的影响，是有一定范围的，因此使最小化是提高i极限和i技术的最有效办法。本文表述的平行流技术[1]使电解液平行流过阴极表面、增大分布到阴极板的电解液流量、减薄，从而达到提高电流密度并使电解铜质量优化的目的。 收稿日期：2013-10-29 作者简介：吴继烈（1945-），男，安徽人，高级工程师.