铜电积的节能增效措施研究进展

谢雄辉，陈帮耀，陈步明，，黄 惠，，郭忠诚，，郭 俊，2

(1. 昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093；2. 云南省冶金电极材料工程技术研究中心，云南 昆明 650106；3. 昆明理工恒达科技股份有限公司，云南 昆明 650106)

0 前 言

铜(Cu)是电气化过程中的必需金属,广泛用于新能源汽车、风电、光伏等新能源产业,对能源转型至关重要;然而,我国的铜矿储量并不丰富,且以低品位矿居多[1, 2],火法冶炼的成本较高,而湿法冶金因具备能耗低、能大规模生产高纯金属等优点在炼铜行业中应用广泛[3, 4]。随着能源转型与“双碳”战略的推进,面对庞大的下游铜应用场景,降低冶炼过程能耗和提升阴极铜品质具有重要现实意义[5, 6]。铜电积是湿法炼铜的重要工序,耗电量约占50%～60%以上[7],其平均能耗为2 000 kW·h/t,阳极主要发生析氧反应,其过电位造成的电耗约占总电耗的30%[8];多年来,工业生产和科研工作者一直致力于优良导电性、耐腐蚀、低析氧过电位、价格低廉的阳极材料的研发以降低槽电压,节能降耗[9];此外,通过调节电解液中离子浓度、添加剂、温度等理化性质来提升电流效率以降低槽电压,提高电能利用率[10, 11]。

本文对铅合金阳极的开发、复合阳极的开发、其他新型阳极的开发等节能阳极的研究和铜酸比例,Co2+、Mn2+、Cl-浓度,添加剂等溶液体系方面的研究以及温度和极板间距等工艺参数方面的研究进行了综述,分析了阳极材料、溶液体系和工艺参数对能耗和阴极铜品质的影响。

1 铜电积用析氧阳极的开发

1.1 铅合金阳极

金属铅(Pb)具有导电性能良好、熔点低、易铸造等优点,在阳极氧化过程中会在表面生成一层导电性良好的耐酸PbO2,然而纯铅质地柔软,易弯曲变形,其表面的氧化膜疏松多孔,耐腐蚀性较差。……