[发明专利]用于铜电解槽的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铜电解槽的运行方法。所述电解槽包括许多竖 直并且彼此平行设置的阳极板和阴极板，一个纵向侧的电解液进口和一 个电解液出口，以及本发明还涉及一种新式的铜电解槽。

背景技术

根据原理在铜电解中在阳极铜以铜离子(II)的形式放入到溶液中。 在阴极铜又分离成金属的铜。

阳极：Cu→Cu²⁺+2e^-

阴极：Cu²⁺+2e^-→Cu

金属铜的量可通过法拉第定律(方程式1)求出：

m=M·i·A·tz·F]]>方程式1

其中，m为所生产的铜的质量，单位为克，M为铜的摩尔质量，单位为 克/摩尔，i为电流密度，单位为A/m²(安培/米²)，A为电极面积单位 为米²，t为时间，单位为秒，z为参加反应的离子的合化价，F为法拉 第常数，单位为As/mol。假若现在要在已有的设备参数(A)的情况下 要想提高所生产的铜的量那只有能提高电流密度。

当今在技术上可行的电流密度例如在Cu精炼电解中最大为350安 培/米²。这个数值是从下述情况得出的，即在技术电解槽中只有大约 30％-40％的理论极限电流密度能运行。这个理论的极限电流密度i_极限(方 程式2)是电解液(C°)中的铜离子的浓度和电极上的扩散层厚度δ_N的函 数。N是参与该过程的离子的数量，F为法拉第常数，D为扩散系数，这 些数值都是恒定的。

方程式2

在今天的结构形式中对理论电流密度的计算得出数值约为1000安 培/米²，因此技术电流密度最大为350安培/米²。

电流密度越高形成的分支越多，并且最后导致阳极和阴极之间的电 短路，这降低阴极铜的沉积效率，并且也降低阴极质量。为了能调定高 得多的电流密度必须提高极限电流密度。这主要只能通过减小能斯特扩 压层密度方能办到。这种减小可通过电解液和电极之间的更高的相对运 动才能达到。

当今所使用的精炼电解槽的结构开头的出众之处在于电解液在端 面输入，并且在对置的端面又重新排出。因此主流动是在槽壁和电极之 间，或者在槽底和电极的下边缘之间完成的。这种从外部引入的流动(也 称作强制对流)对电极之间的流动条件只有微小的影响。电极之间的这 种流动是由自然对流确定的。这种自然对流是由于阴极前(由于铜离子 贫化而电解液较轻)或者阳极前(由于铜离子富化而电解液较重)的电 解液的密度差产生的。

因此，除了具有横流动原理的电解槽外还建议了这样一些电解槽， 即在这些电解槽中电解液基本平行于电极的表面流动。

也开发出了一些所谓的通道槽。在这些槽中采用的是具有比较高递 度的平行流动，其中，为了保证在整个通道截面中的均匀流动分布要求 在电解液进口部件中在电极组的前面设置一些筛状的通流构件。

也公开了一些具有双壁的隔板的平行流动槽，其中，一个壁以槽的 上边缘结束，然而并未到延伸到槽的底部。而另一壁在槽底部开始，但 是却未延伸到上边缘。

在另一已公开的电解池中(DD 87 665)设置有双壁或者多壁的隔 板，这些隔板在整个宽度上分布有孔。这些孔在一侧齐阴极下边缘的高 度，和/或大体在上游设置，并且在另一侧齐电解液水平的高度，和/或 大体在下游设置。

此外还公开了一些电解生产金属的容器。在这些容器中为了达到平 行流动电解液流入电极腔室，或者从电极腔室中流出是通过和纵向壁平 行设置的孔板完成的。