铜的提取与精炼是从硫化矿中获得高纯度金属的关键过程,其中火法精炼与电解精炼相结合的技术是现代铜工业的核心。这一工艺不仅能够生产出纯度极高的电解铜,还能高效回收贵金属和稀有元素,兼具经济与环保价值。
首先,通过火法冶炼初步处理的产物——泡铜(blister copper),仍需进一步纯化。火法精炼在此阶段发挥重要作用:将泡铜熔融后,通入空气氧化残留的杂质,如铁、锌、镍等,使其形成浮渣而被除去。随后,向熔体中注入天然气等还原性气体,以脱除熔融铜中溶解的氧气,最终浇铸成阳极板。此时铜的纯度已达约99.5%,但仍含少量杂质及有价值的贵金属。
接下来是电解精炼环节,旨在将铜提纯至更高等级。将阳极板置于盛有硫酸铜和硫酸溶液的电解槽中,并以高纯薄铜片作为阴极。在直流电作用下,阳极发生电化学溶解,铜以离子形式(Cu²⁺)进入电解液:
Cu(阳极)→Cu2++2e−
同时,阴极发生还原反应,铜离子得到电子后沉积为固态铜:
Cu2++2e−→Cu(阴极)Cu2++2e−→Cu(阴极)
同时,阴极发生还原反应,铜离子得到电子后沉积为固态铜:
这一过程实现了铜从阳极向阴极的定向迁移,最终得到纯度高达99.99%的阴极铜(亦称电解铜),适用于电子、电力等高精度工业需求。
电解精炼的另一重要优势在于副产品的回收。贵金属如金、银以及稀有金属如硒、碲等,因不溶于电解液而以“阳极泥”形式沉淀于电解槽底部。阳极泥成为提取这些有价值元素的重要原料,显著提升了整体工艺的经济效益。