核心步驟：電解精煉

原料準(zhǔn)備 - 陽(yáng)極板：

原料通常是經(jīng)過(guò)初步冶煉（如熔煉、吹煉、火法精煉）得到的粗銅（純度約98.5-99.5%）。

這些粗銅被鑄造成厚實(shí)的陽(yáng)極板。陽(yáng)極板中通常含有金、銀、鉑、鈀等貴金屬以及硒、碲、砷、銻、鉍、鉛、鎳、鐵、硫、氧等雜質(zhì)。

電解槽配置：

電解液： 主要成分是硫酸銅溶液和硫酸。硫酸提供導(dǎo)電性并防止銅鹽水解。

陰極： 使用非常薄的純銅片（稱為“始極片”）或不銹鋼、鈦等惰性材料制成的母板作為陰極基體。高純度的銅將在陰極上沉積。

陽(yáng)極： 懸掛待精煉的粗銅陽(yáng)極板。

多個(gè)陽(yáng)極和陰極交替排列在電解槽中，浸沒(méi)在電解液中。

電解過(guò)程：

在陽(yáng)極和陰極之間通入直流電。

陽(yáng)極反應(yīng)： 粗銅陽(yáng)極板中的銅原子失去電子，氧化溶解成銅離子進(jìn)入溶液。同時(shí)，比銅更惰性的雜質(zhì)（如金、銀、鉑族金屬、硒、碲）不會(huì)溶解，而是以固體顆粒的形式從陽(yáng)極脫落，沉到槽底形成陽(yáng)極泥。比銅更活潑的雜質(zhì)（如鐵、鋅、鎳、砷、銻）會(huì)溶解進(jìn)入電解液。

陰極反應(yīng)： 溶液中的銅離子在陰極獲得電子，還原沉積成高純度的金屬銅。在理想的條件下，只有銅離子能在陰極優(yōu)先沉積，因?yàn)殂~的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較高。非常微量的貴金屬離子如果進(jìn)入溶液，由于其濃度極低且沉積電位與銅不同，通常不會(huì)在陰極析出。

控制條件： 嚴(yán)格控制電解液成分（銅離子濃度、酸度、添加劑濃度）、溫度、電流密度、極間距等參數(shù)至關(guān)重要。添加膠質(zhì)（如明膠、硫脲）或氯離子等添加劑有助于陰極銅沉積得更加光滑、致密，減少樹(shù)枝狀結(jié)晶和雜質(zhì)夾雜，提高純度和物理質(zhì)量。

陰極銅收獲：

電解過(guò)程持續(xù)數(shù)天到十幾天。當(dāng)陰極上的銅沉積達(dá)到足夠厚度（幾毫米到厘米）后，取出陰極。

如果使用母板，將沉積的純銅薄片（陰極銅）剝離下來(lái)。

這些剝離下來(lái)的銅片就是電解精煉得到的高純度銅（通常純度可達(dá)99.95%-99.99%）。

電解精煉后的進(jìn)一步提純（可選，用于更高純度或特定要求）

雖然電解精煉本身通常就能達(dá)到99.99%，但對(duì)于某些應(yīng)用（如半導(dǎo)體靶材、超導(dǎo)材料）或?yàn)榱舜_保更高的穩(wěn)定性和一致性，有時(shí)還會(huì)進(jìn)行后續(xù)處理：

區(qū)域熔煉：

將電解銅棒緩慢通過(guò)一個(gè)狹窄的高溫熔區(qū)。

雜質(zhì)在固相和液相中的溶解度不同（分凝效應(yīng)）。當(dāng)熔區(qū)移動(dòng)時(shí)，雜質(zhì)會(huì)被“掃”到銅棒的一端。

多次重復(fù)此過(guò)程，***終切除富含雜質(zhì)的末端，得到純度極高的銅（可達(dá)5N, 6N甚至更高）。這種方法特別有效去除溶解在銅中的氧、硫和某些金屬雜質(zhì)。

真空熔煉/真空感應(yīng)熔煉：

在真空環(huán)境中熔煉電解銅。

低壓環(huán)境有助于去除溶解的氣體（如氫、氧、氮）以及易揮發(fā)的金屬雜質(zhì)（如鋅、鎘、鉛、鎂等）。可以進(jìn)一步降低氣體含量和某些痕量雜質(zhì)。

其他方法：

電解精煉二次精煉： 將一次電解得到的陰極銅作為陽(yáng)極，再進(jìn)行一次電解精煉，進(jìn)一步去除殘留的微量雜質(zhì)。

電子束熔煉： 在超高真空中用電子束轟擊熔煉銅，有效去除易揮發(fā)雜質(zhì)和氣體。成本較高。

雜質(zhì)去除的關(guān)鍵點(diǎn)

貴金屬和硒碲： 主要富集在陽(yáng)極泥中，可從中回收，是重要的副產(chǎn)品。

活潑金屬雜質(zhì)： 溶解在電解液中，會(huì)逐漸積累。需要定期抽出部分電解液進(jìn)行凈化（如電積脫銅、結(jié)晶脫銅、萃取等），去除這些雜質(zhì)，補(bǔ)充新鮮電解液，維持電解液純度。

氧、硫、氣體： 在火法精煉階段和真空熔煉/區(qū)域熔煉階段被有效去除。

其他金屬雜質(zhì)： 通過(guò)電解過(guò)程的選擇性沉積（雜質(zhì)不沉積在陰極）以及后續(xù)的區(qū)域熔煉/真空熔煉去除。

總結(jié)提煉99.99%純銅的主要流程

原料準(zhǔn)備： 粗銅（~99%）制成陽(yáng)極板。

核心提純： 電解精煉 - 粗銅陽(yáng)極溶解，高純銅在陰極沉積（純度達(dá)99.95-99.99%），貴金屬等進(jìn)入陽(yáng)極泥，活潑金屬進(jìn)入電解液。

電解液管理： 持續(xù)凈化電解液，去除積累的雜質(zhì)。

（可選）深度提純： 對(duì)電解陰極銅進(jìn)行區(qū)域熔煉和/或真空熔煉，去除痕量氣體和金屬雜質(zhì)，達(dá)到或超過(guò)99.99%純度，或滿足特定低氣體含量要求。

因此，電解精煉是工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)99.99%純銅***主要、***經(jīng)濟(jì)有效的方法。 區(qū)域熔煉和真空熔煉則是為了達(dá)到更高純度或特定應(yīng)用要求而采用的補(bǔ)充手段。

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