电解铜节能新工艺的研究

【摘要】：课题在传统电解铜工艺的基础上,设计了一种新型节能多电极电解模式,并对其进行了系统的研究。多电极电解模式是指在阴极和阳极(主电极)的内侧、外侧插入副电极。当主电极电解时,副电极同时发生铜的沉积与溶解,实现总电流效率大于100%,达到降低其电解电耗的目的。 首先,以CuSO4-H2SO4为研究体系,比较了A、B方案的节能效果。与传统电解模式相比,A方案节能效率为10%, B方案可达50%。进而分别研究了副电极数、电解模式、主电极间距、通电电荷量、电流密度、Cu2+含量、H2SO4浓度和温度等因素对电流效率和节能效率的影响。研究结果表明,B方案的电流效率最高可达187%,节能效率在50%以上 其次,为了深入研究多电极的节能原理,本文首次利用电化学工作站测开路电位的方法,分别测定了副电极两侧的电极电位。结果显示,A方案中作阴极的副电极电位较B高,做阳极的副电极电位较B低。因此,B方案的节能效果显著。 最后,建立了电势分布数学模型,对多电极电解模式进行了模型分析。电极扩散层内的电势呈指数分布,电解液主体的电势呈线性分布。 【关键词】：电解铜 电流效率 节能效率 电势分布
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TF811
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-12
• 1.1 电解铜概述10
• 1.2 研究背景与内容10-12
• 1.2.1 研究背景10
• 1.2.2 研究内容10-12
• 第2章 文献综述12-24
• 2.1 炼铜工艺12-13
• 2.1.1 湿法炼铜12
• 2.1.2 火法炼铜12-13
• 2.2 电解铜生产工艺13-18
• 2.2.1 传统法电解13-15
• 2.2.2 永久性阴极铜电解技术15-17
• 2.2.3 周期反向电流电解法17
• 2.2.4 脉冲电解法17-18
• 2.3 电解铜经济技术指标18-19
• 2.4 电解铜电耗及影响因素19-22
• 2.4.1 槽电压U_槽19-20
• 2.4.2 电流效率y20-21
• 2.4.3 添加剂21-22
• 2.5 电解铜节能措施22-24
• 第3章 多电极电解模式24-55
• 3.1 多电极节能原理24-26
• 3.1.1 传统模式电解原理24
• 3.1.2 多电极节能原理24-26
• 3.2 多电极电解模式在CuSO_4-H_2SO_4体系中的初探26-29
• 3.2.1 实验仪器与试剂26-27
• 3.2.2 实验装置27-28
• 3.2.3 实验结果与讨论28-29
• 3.3 A电解方案29-31
• 3.3.1 A方案29
• 3.3.2 A方案节能效果29-31
• 3.4 B电解方案31-34
• 3.4.1 B方案31-32
• 3.4.2 B方案节能效果32-34
• 3.5 A、B方案节能效果对比34-36
• 3.5.1 实验方案34-35
• 3.5.2 实验结果与讨论35-36
• 3.6 B方案单因素实验36-53
• 3.6.1 副电极对数影响因素实验36-39
• 3.6.2 电解模式影响因素实验39-43
• 3.6.3 主电极间距影响因素实验43-44
• 3.6.4 电荷量影响因素实验44-46
• 3.6.5 电流密度影响因素实验46-48
• 3.6.6 硫酸浓度影响因素实验48-50
• 3.6.7 铜离子含量影响因素实验50-51
• 3.6.8 温度影响因素实验51-53
• 3.7 本章小结53-55
• 第4章 电势分布测量55-65
• 4.1 实验仪器与试剂55
• 4.2 电极表面电势分布55-60
• 4.2.1 实验装置55-56
• 4.2.2 A内电极表面电势分布56-58
• 4.2.3 B内电极表面电势分布58-60
• 4.3 电解槽内电势分布60-64
• 4.3.1 实验装置60-61
• 4.3.2 传统电解模式61-62
• 4.3.3 A内电解模式62-63
• 4.3.4 B内电解模式63-64
• 4.3.5 传统模式、A小B内电势分布对比64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 电极反应数学模型65-81
• 5.1 反应器模型简述65
• 5.2 模型基本假设65
• 5.3 模型方程65-71
• 5.3.1 电解液主体65-66
• 5.3.2 阴极反应模型66-68
• 5.3.3 阳极反应模型68-69
• 5.3.4 模型计算69-71
• 5.4 模型应用71-80
• 5.4.1 传统电解模式71-74
• 5.4.2 A_内电解模式74-77
• 5.4.3 B_内电解模式77-80
• 5.4.4 传统模式、A_内、B_内模型结果对比80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 结论81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87-88
• 符号说明88

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