非金属元素在阳极以稳定的化合物寻在，在阳极上不进行化学溶解，而成为阳极泥的一部分。
第二类，在溶液中形成不溶性化合物的金属。包括Pb，Sn。铅在阳极溶解是形成硫酸铅沉淀，进一步氧化成氧化铅，覆盖在阳极表面，妨碍电极的继续进行。锡最后以碱式盐沉沉，且沉淀是可吸附As和Sb的化合物，但数量过多时会粘附在阴极上，降低阴极的质量。
第三类，负电性金属。包括Ni，Fe，Zn。很容易在火法精炼时除去，Fe和Zn在阳极溶解是几乎全部进入电解液。
Ni在样机上溶解进入溶液，但一些不溶性化合物如氧化镍、镍云母在阳极表面形成不溶解的薄膜引起阳极钝化和槽电压升高。
第四类，电势与铜相近的元素。包括As、Sb、Bi。因其电势与铜相似，有可能在阴极上放电析出。还容易产生―漂浮阳极泥‖机械粘附在阴极上。
3.2.2 阴极过程
阴极反应是在阴极上进行的正离子得到电子而还原成金属铜的过程，可能进行的反应有下列三种：
Cu2 + +2e = Cu ε0 =0.34(V) 2H+ +2e = H2 ε0 = 0(V) Me2 + +2e = Me ε0 ≤ 0.34(V)
正常情况下，H+ 和Me2+不会在阴极上析出。但是当电解液中铜的浓度降到10g/L时，H2与Cu将按一定比例同时析出；而铜浓度降到10g/L以下时，则As、Sb、Bi将以一定比例与铜同时析出。
阴极铜在实际生产实践中可能出现以下质量问题：
因为固体颗粒附着于阴极、添加剂配比不当、局部电流密度过高引起的粒子 因为铜中杂质偏高、阴极铜结晶不够致密而致使阴极铜发酥发脆 阴极铜表面产生气孔等。
3.3 电解液的净化
3.3.1 概述
在铜电解精炼过程中，电解液的成分不断地发生变化，铜离子浓度不断上升，杂质也在其中不断累积，而硫酸浓度则逐渐降低。为了维持电解液中的铜、酸含量及杂质浓度都在规定的范围内，就必须对电解液进行净化和调整，以保证电解过程的正常进行。在净化过程中，同时产出硫酸铜，二级电解铜、黒铜、粗硫酸
镍等副产品。
3.3.2 电解液的净化流程
电解液的净化流程，与阳极铜成分、所产副产品的销路、各种原料与来源、综合经济效益及环境保护等许多因素有关，各工厂视具体条件来确定。目前，国内电解液净化流程主要有一下四种：
(1)鼓泡塔法中和生产硫酸铜，电解脱除砷、锑、铋，电热蒸发生产粗硫酸镍。 (2)中和法生产硫酸铜，电解脱砷、锑、铋，蒸汽浓缩生产粗硫酸镍。 (3)中和、浓缩法生产硫酸铜，电解法除砷、锑、铋，结晶生产粗硫酸镍。 (4)高酸结晶法生产硫酸铜，电解法除砷、锑、铋，电热蒸发产粗硫酸镍。虽然采用的净化流程各不相同，但归纳起来仍然可分为下列三大工序： 首先，用加铜中和法或直接浓缩法，使废电解液中的硫酸铜浓度达到饱和状态，通过冷却结晶，使大部分的铜以结晶硫酸铜形态产生。
第二，采用不溶阳极电解沉积法，将废电解液或硫酸铜结晶母液中的铜基本脱除，同时脱去溶液大部分砷、锑、铋.。
最后，采用蒸发浓缩或冷却结晶法，从脱铜电解后液中产出粗硫酸镍。 此外，根据硫酸铜的需求情况决定是否采用第一道工序。如硫酸铜的需要量不大，则可以不生产硫酸铜，而将抽出的电解液直接送往电解脱铜，使废电解液中的铜均以阴极铜的形态产出。反之，若硫酸铜需求量大，则在第一道工序中可以加入废纯铜线、铜屑或残阳极，以中和溶液中的含酸，提高硫酸铜产量。近年来，一些净化电解液的新方法正在试验研究，有的已近在一些工厂应用。
(1)渗析法。
采用均相阴离子交换膜分离脱铜后液中的硫酸和硫酸镍，以代替蒸发浓缩或冷却结晶法提取硫酸和硫酸镍。该法劳动条件好，可提高硫酸和硫酸镍的回收率。
(2)有机溶剂萃取铜、镍。
国外采用有机溶剂萃取分离一次结晶母液中的铜和镍，含铜和镍的反萃液可用电解沉积法生产电解铜和电解镍。
(3)萃取法脱砷。
萃取法脱砷在国外已经有多家工厂用于生产。萃取脱砷流程的脱砷率高达90%以上，而且不存在电解脱砷时产生酸雾及砷化氢气体的危害，砷可以直接回收制成副产品。
(4)共沉淀法除砷、锑、铋。
向需净化的溶液中加入Sb2O3或Bi2O3或两者的混合物，在60?90℃的温度
条件下，砷、锑、铋与上述加入的溶剂共沉淀生产一种白色沉淀，分离沉淀物即可除去溶液中大部分的砷、锑、铋。用稀碱液可从沉淀物中有选择性地溶解砷，剩余物还原熔化，锑可被会发、分离，Sb2O3得到回收，并可重复利用。此流程已在国外某些工厂应用。
(5)氧化法除去砷、锑、铋。
国外有些工厂在需净化的电解液中添加氧化剂，使溶液中的三价砷、锑、铋离子被氧化成五价氧化物而析出。过滤析出的氧化物后，滤液经还原中和后返回电解工序。析出物再进一步处理回收砷、锑、铋。
第4章技术条件和经济指标的选择与论证
4.1 铜电解的技术条件[8]
4.1.1 电解液组成
电解液为含硫酸铜的硫酸溶液，一般含铜40?50g/L，含游离硫酸180?210 g/L。由于电解液的电阻随着酸度的增加而降低，随含铜量的增加而升高，所以为了降低电耗，一般采用高酸低铜的电解液组份较为有利。实际电解液中铜的含量应视电解液的纯净程度、电流密度的高低和阳极板的成分而定，因硫酸铜的溶解度随着硫酸浓度的增加而降低，所以电解液中硫酸含量不能高于230 g/L，铜电解中有害杂质允许含量列于表4-1。
表4-1铜电解液中有害杂质允许含量(g/L)
元素 含量(g/L)
Ni ﹤15
As ﹤7
Sb ﹤0.6
Bi ﹤0.5
Fe ﹤3
4.1.2 添加剂
为了获得优质的阴极铜，除了严格控制各工序电解技术条件外，还应添加适量胶状物质和表面活性物质，以改善阴极表面质量，一般采用的添加剂及其作用如下：
明胶明胶是电解作业的主要添加剂之一，其作用是析出的阴极沉积物细致光洁，改善阴极表面的物理状态。阳极铜杂质含量高，而且电流密度也高时，加入量要稍多。
硫脲硫脲是表面活性物质，与明胶混合使用，可在高电流密度下获得结构致密的阴极铜。
干酪素干酪素与明胶组合成的混合添加剂，在高电流密度生产时能强烈地抑制电铜表面粒子的生长和改善粒子的形状。
盐酸盐酸用来维持电解液中氯离子的含量。电解液中氯离子可使溶入电解液的银生成氯化银沉淀，有利降低银的损失。还可抑制砷、锑、铋离子的活性，防止阴极生产树枝状结晶；同时还可消除阳极因含铅过高引起的钝化。
添加剂的加入方法一般是将明胶、硫脲、干酪素充分溶解于水后混合加入电解液回流管进入循环槽，盐酸则单独加入回流管或循环槽。明胶、硫脲、干酪素的加入会增加电解液的粘度和电阻；盐酸加入过多，阴极上会产生针状结晶。必
须根据阳极铜成分、电流密度、电解液杂质含量等条件选用合适的和适量的添加剂。添加剂用量见表4-2。
表4-2常用添加剂种类和用量
种类 用量
明胶，g/t电铜
25?50
硫脲，g/t电铜
20?50
干酪素，g/t电铜 盐酸，ml/t电铜
15?40
300?500
4.1.3 电解液温度
电解温度是影响电解过程技术经济指标和产品质量的因素。实验测定，电解液在55℃时的导电率几乎为25℃时的2.5倍。温度每升高1℃，电阻约减少0.7%。提高电解液温度能消除阴极附近铜离子的严重贫化，从而使铜在阴极上均匀析出，但过高的电解液温度是蒸汽消耗增加；加速液面蒸发，是操作环境恶化。我国一般将电解液温度控制在58?65℃。
4.1.4 电解液循环
电解液循环方式有两种：上进液、下出液和下进液、上出液。前者有利于阳极泥沉降，但电解液上下层浓度差较大。而后者则与之相反。电解液循环速度过大不仅增加动力消耗而且影响电解液中的悬浮杂质和阳极泥粒子不易下沉，甚至冲起阳极泥，使金、银等附着于阴极，影响电铜质量，增加贵金属的损失。循环速度的选择主要取决于循环方式、电流密度、电解槽容积、阳极成分等。当操作电流密度高时，必须采用较大的循环速度，以减少浓差极化。一般中小型电解槽循环速度取20?30L(/min·槽)
4.1.5 电流密度
铜电解一般采用220?260A/m2为宜。实践中一些工厂为挖掘生产潜力，在加强管理的情况下，在商品电解槽中采用了300?400A/ m2电流密度进行生产，同样产出合格阴极铜。
周期反向电流电解，有效地解决了由于高电流密度而出现的阳极钝化问题。电流密度为300?400A/ m2，产出了优质的阴极铜，乃至高纯阴极铜。
4.1.6 极距
缩短用极中心距，有利于充分挖掘电解槽生产能力，降低槽电压，若能保持-阴极具有光滑、平整的表面，尽管在采用短极距的条件下，仍能保证电铜质量。且同极中心距与极板的尺寸、加工精度有关，小型极板的同极中心