JP2019052329A - Electrorefining method of low-grade copper anode, and electrolytic solution used therefor - Google Patents

Electrorefining method of low-grade copper anode, and electrolytic solution used therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2019052329A
JP2019052329A JP2017175084A JP2017175084A JP2019052329A JP 2019052329 A JP2019052329 A JP 2019052329A JP 2017175084 A JP2017175084 A JP 2017175084A JP 2017175084 A JP2017175084 A JP 2017175084A JP 2019052329 A JP2019052329 A JP 2019052329A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper
anode
low
electrolytic
grade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017175084A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6985678B2 (en
Inventor
英弘 関本
Hidehiro Sekimoto
英弘 関本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iwate University
Original Assignee
Iwate University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iwate University filed Critical Iwate University
Priority to JP2017175084A priority Critical patent/JP6985678B2/en
Publication of JP2019052329A publication Critical patent/JP2019052329A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6985678B2 publication Critical patent/JP6985678B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

To provide an electrolytic method capable of electrorefining a low-grade copper anode resulting from a secondary raw material such as a refining residue of a nonferrous metal and electric/electronic equipment waste, which has been difficult to refine by electrorefining to date, without causing its passivation for a long period of time, and an electrolytic solution used therefor.SOLUTION: The electrorefining method for a low grade copper electrode is characterized by employing a low grade copper anode made of a copper alloy that contains metal elements other than copper as impurities, arranging the low grade copper anode and a cathode to face each other in an electrolytic solution having high solubility with respect to a metal element that forms a chemical compound adhering to the anode, and carrying out electrolysis to recover copper on the surface of the cathode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低品位銅アノードの電解精錬方法およびそれに用いる電解液に関するものである。   The present invention relates to an electrolytic refining method for a low-grade copper anode and an electrolytic solution used therefor.

銅の電解精錬においては、通常、硫酸と硫酸銅を主成分とする電解液を用いて、不純物元素を含有する99%程度の粗銅から成る複数のアノードと、純銅、チタンまたはステンレス鋼から成る複数のカソードを交互に対面配置し、電流密度200〜350A/m程度の定電流を流すことによってアノードから銅イオンを溶出させると同時にカソードに銅を析出させている。 In the electrolytic refining of copper, a plurality of anodes made of about 99% crude copper containing impurity elements and a plurality of anodes made of pure copper, titanium or stainless steel are usually used using an electrolytic solution mainly composed of sulfuric acid and copper sulfate. The cathodes are alternately arranged facing each other, and a constant current having a current density of about 200 to 350 A / m 2 is passed to elute copper ions from the anode and simultaneously deposit copper on the cathode.

前記粗銅中の不純物元素は、スライムもしくは電解液中の溶存化学種として固定化され、粗銅から分離されている。   The impurity element in the crude copper is immobilized as a dissolved chemical species in the slime or the electrolyte and separated from the crude copper.

このような電解精錬方法において、粗銅中の不純物元素の濃度が増大すると、アノードが不働態化し、電解の継続が困難になるという問題がある。   In such an electrolytic refining method, when the concentration of the impurity element in the crude copper increases, there is a problem that the anode becomes passivated and it is difficult to continue electrolysis.

このことから、従来、粗銅の精製に電解精錬を適用するためには、熔錬工程において粗銅の純度を99%以上に調整する必要があった。   For this reason, conventionally, in order to apply electrolytic smelting to the purification of crude copper, it was necessary to adjust the purity of the crude copper to 99% or more in the smelting process.

一方、現在、非鉄製錬廃棄物やE−Scrapすなわち電気電子機器廃棄物等の処理のため、熔錬工程によって80〜90%程度の粗銅を製造し、これを精製する銅製錬を応用したリサイクルプロセスがあるが、前記した不働態化などの問題のため、電解精錬よりもエネルギー消費の大きな電解採取工程を適用する必要があり、銅の精錬コスト増につながることが問題であった。   On the other hand, for the treatment of non-ferrous smelting waste and E-Scrap, that is, electrical and electronic equipment waste, etc., recycling that uses copper smelting to produce about 80-90% crude copper by the smelting process and refine it There is a process, but due to problems such as passivation described above, it is necessary to apply an electrowinning process that consumes more energy than electrolytic refining, leading to increased copper refining costs.

前記リサイクルプロセスで発生するような、80〜90%程度の粗銅を鋳造し、これを用いて低品位銅アノードとして電解精錬する場合、アノード中の微量成分が難溶性の化合物を形成し、アノードスライムとしてアノード表面に固着し、多孔質のスライム層を形成する結果、アノードから溶出する銅イオンの拡散が阻害され、アノード表面とアノードスライムとの間に非導電性化合物である硫酸銅が析出し不働態化することが障害となり、したがって、このような不働態化を抑制する技術が必要とされている。   When casting about 80 to 90% of crude copper, which is generated in the recycling process, and using this to electrorefine as a low grade copper anode, a trace amount component in the anode forms a hardly soluble compound, and anode slime As a result of adhering to the anode surface and forming a porous slime layer, the diffusion of copper ions eluted from the anode is inhibited, and copper sulfate, a non-conductive compound, is deposited between the anode surface and the anode slime. Activation becomes an obstacle, and therefore a technique for suppressing such inactivation is required.

これまでに、銅の電解精錬において、アノード表面の不働態化を防ぐ方法が様々に検討されてきた(例えば、特許文献1、2参照)。   Until now, various methods for preventing passivation of the anode surface have been studied in electrolytic refining of copper (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1に記載された銅の高電流密度電解法では、電解槽内に満たした電解液中にアノードとカソードとを交互に対面配列し、電解液を循環させながら高電流密度で銅を電解精錬する際に、電解液に陰イオン活性剤を添加し、かつ流速を付与することを特徴としている。この方法では、液循環の強化、インペラ等による強制攪拌またはエアバブリングなどによって、電解液に流速を与え、これによってアノード表面に付着するスライムを剥ぎ取ることによって不働態化を防いでいる。また、電解液に添加されたチオ尿素などの陰イオン活性剤がアノード表面に吸着し、スライムを電気的陰性化する。このように電気的陰性化したスライムでは、陰極であるカソードにより電気的斥力を受けるので、カソード表面に付着することが抑制可能であるとされている。また、電解液の濾過、設備の大型化無しでアノード表面へのスライムの付着とカソード表面の不働態化を抑制することができるとされている。   In the copper high current density electrolysis method described in Patent Document 1, anodes and cathodes are alternately arranged facing each other in an electrolytic solution filled in an electrolytic cell, and copper is electrolyzed at a high current density while circulating the electrolytic solution. When refining, an anionic activator is added to the electrolyte and a flow rate is imparted. In this method, the flow rate is given to the electrolytic solution by strengthening the liquid circulation, forced stirring with an impeller or the like, or air bubbling, and the slime adhering to the anode surface is thereby peeled off, thereby preventing passivation. In addition, an anionic activator such as thiourea added to the electrolyte is adsorbed on the anode surface, and the slime becomes electronegative. It is said that the slime that has been electronegative in this way can be prevented from adhering to the cathode surface because it receives an electric repulsive force from the cathode as the cathode. In addition, it is said that slime adhesion to the anode surface and passivation of the cathode surface can be suppressed without filtering the electrolyte and increasing the size of the equipment.

特許文献2に記載された銅の電解精錬方法では、アノードとカソードとの間にインペラ構造を有する攪拌機が設けられた電解精錬装置を用いることを特徴としており、前記攪拌機は、電解槽内の電解液を攪拌し、アノード表面に生成するスライム層が崩壊しない範囲で電解液に流速を付与することにより、アノードから溶出する銅イオンの拡散を促進し、不働態化を抑制すると同時に、スライムのカソードへの付着を抑止することができるとされている。   In the method of electrolytic refining of copper described in Patent Document 2, an electrolytic refining apparatus provided with a stirrer having an impeller structure between an anode and a cathode is used, and the stirrer performs electrolysis in an electrolytic cell. By stirring the liquid and applying a flow rate to the electrolyte within a range where the slime layer formed on the anode surface does not collapse, the diffusion of copper ions eluted from the anode is promoted to suppress passivation and at the same time, the slime cathode It is said that it can be prevented from adhering to.

特開2003−183870号公報JP 2003-183870 A 特開2017−48438号公報JP 2017-48438 A

しかしながら、特許文献1の方法では、電気的陰性化されたスライムは陽極であるアノードから引力を受けるため、スライムを剥ぎ取るのに従来の10倍以上の流速を必要とし、これにかかる設備導入が困難であった。また、電流密度が350A/m超の高電流密度電解では、チオ尿素のような有機系の添加剤の添加量が高いとカソード過電圧が上昇し、電着状態が悪化する傾向があるという問題があった。 However, in the method of Patent Document 1, the electronegative slime receives an attractive force from the anode, which is the anode, and therefore requires a flow rate of 10 times or higher than that of the conventional method to strip the slime. It was difficult. In addition, in high current density electrolysis where the current density exceeds 350 A / m 2 , if the amount of organic additives such as thiourea is high, the cathode overvoltage increases and the electrodeposition state tends to deteriorate. was there.

特許文献2の方法は、特許文献1の方法と比較して、設備導入コストが小さい点において優れているが、極板の表面積が大きい場合にはインペラ構造を有する攪拌装置の配置数を増やすか、アノードとカソードとの間隙に配置できる範囲内で攪拌装置の大型化を図る等の対策が必要であり、必ずしも実用性に優れているとは言い難い側面があった。   The method of Patent Document 2 is superior to the method of Patent Document 1 in that the equipment introduction cost is small, but if the electrode plate has a large surface area, is the number of arrangements of the stirrer having an impeller structure increased? However, measures such as increasing the size of the stirring device within the range that can be disposed in the gap between the anode and the cathode are necessary, and there is a side that is not necessarily excellent in practicality.

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来電解精錬が困難であった、非鉄製錬残渣や電気電子機器廃棄物等の2次原料等由来の、低品位の銅アノードを長時間にわたって不働態化することなく電解精錬可能な電解方法およびそれに用いる電解液を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is low-grade copper derived from secondary raw materials such as non-ferrous smelting residues and electrical and electronic equipment waste, which has been difficult to perform by conventional electrolytic refining. It is an object of the present invention to provide an electrolytic method capable of electrolytic refining without deactivating the anode for a long time and an electrolytic solution used therefor.

本発明者らは、前記課題に対応するための検討を鋭意進めたところ、特定の酸溶液を電解液として用いることによって、アノード表面へのスライムの固着を低減するとともに、アノード表面の不働態化を抑制することを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されている。   The inventors of the present invention have intensively studied to cope with the above-mentioned problems. As a result, by using a specific acid solution as an electrolytic solution, it is possible to reduce adhesion of slime to the anode surface and passivate the anode surface. Found to suppress. The present invention has been completed based on such knowledge.

(1)本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法は、銅以外の金属元素を不純物として含有する銅合金を低品位銅アノードとして用い、アノードに付着する化合物を形成する金属元素に対して大きな溶解度を有する電解液中に前記低品位銅アノードとカソードとを対面配列し、電解して、カソード表面に銅を回収することを特徴とする。   (1) The method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention uses a copper alloy containing a metal element other than copper as an impurity as a low-grade copper anode, and is large relative to a metal element that forms a compound attached to the anode. The low-grade copper anode and cathode are arranged face-to-face in an electrolyte having solubility and electrolyzed to recover copper on the cathode surface.

(2)本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記電解液が、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液であることが好ましく考慮される。   (2) In the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, it is preferably considered that the electrolyte is a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicofluoric acid-copper silicofluorate solution.

(3)本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記銅以外の金属元素がAg、Au、Pt、Pd、Ni、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Sn、ZnおよびFeの群より選択される少なくとも一種以上の金属元素であることが好ましく考慮される。   (3) In the electrolytic refining method for a low-grade copper anode of the present invention, the metal elements other than copper are Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, Sn, Zn, and Fe. It is preferably considered that the metal element is at least one metal element selected from the group consisting of:

(4)本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記低品位銅アノードが、前記銅以外の金属元素を合計して1mass〜30mass%含有する銅合金であることが好ましく考慮される。   (4) In the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, it is preferable that the low-grade copper anode is a copper alloy containing 1 mass to 30 mass% in total of metal elements other than the copper.

(5)本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記電解を、電流密度100A/m〜400A/mで行うことが好ましく考慮される。 (5) in low-grade copper anode for electrolytic refining process of the present invention, the electrolysis can be performed at a current density of 100A / m 2 ~400A / m 2 is preferably considered.

(6)本発明の低品位銅アノードの電解精錬用電解液は、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液を主成分とすることを特徴とする。   (6) The electrolytic solution for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention is characterized by containing a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicic acid-copper silicate solution as a main component.

本発明の電解精錬方法およびそれに用いる電解液によれば、従来電解精錬が困難であった、非鉄金属製錬残渣や電気電子機器廃棄物等2次原料等由来の低品位の銅アノードを、長時間にわたって不働態化することなく電解精錬することが可能となる。   According to the electrolytic refining method of the present invention and the electrolytic solution used therefor, a low-grade copper anode derived from secondary raw materials such as non-ferrous metal smelting residues and electrical and electronic equipment waste, which has been difficult to perform by conventional electrolytic refining, Electrolytic refining can be performed without being inactivated over time.

従来法の硫酸−硫酸銅水溶液中での不純物として銅以外の金属元素を1mass%含有する銅合金および純銅を電解したときの不働態化に要する時間と端子間電圧との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the time required for passivation, and the voltage between terminals when electrolyzing a copper alloy containing 1 mass% of metal elements other than copper as impurities in the conventional sulfuric acid-copper sulfate aqueous solution and pure copper is there. 本発明の電解液中での不純物としてSb、Pb、Ag、Au、PdまたはPtを1mass%含有する銅合金を電解したときの不働態化に要する時間と端子間電圧との関係を示したグラフである。The graph which showed the relationship between the time required for passivation, and the voltage between terminals when the copper alloy which contains 1 mass% of Sb, Pb, Ag, Au, Pd, or Pt as an impurity in the electrolyte solution of this invention was electrolyzed It is. 実施例1の82%銅アノードの電解精錬における不働態化に要する時間と端子間電圧との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the time which the passivation state in the electrolytic refining of the 82% copper anode of Example 1, and the voltage between terminals. (A)は、実施例1の電解後のステンレス鋼カソードおよびこれに電着した銅を示した写真である。(B)は、実施例1の電解後のアノードを洗浄し、乾燥したものを示した写真である。(A) is a photograph showing the stainless steel cathode after electrolysis of Example 1 and copper electrodeposited thereon. (B) is a photograph showing a dried and washed anode after electrolysis in Example 1. 実施例2−1の80%銅アノードの電解精錬における不働態化に要する時間と端子間電圧との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the time which the passivation required in the electrolytic refining of the 80% copper anode of Example 2-1, and the voltage between terminals. (A)は、実施例2−1の電解後のステンレス鋼カソードおよびこれに電着した銅を示した写真である。(B)は、実施例2−1の電解後のアノードを洗浄し、乾燥したものを示した写真である。(A) is a photograph showing a stainless steel cathode after electrolysis of Example 2-1 and copper electrodeposited thereon. (B) is a photograph showing a dried and washed anode after electrolysis in Example 2-1. 実施例2−2の70%銅アノードの電解精錬における不働態化に要する時間と端子間電圧との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the time which the passivation required in the electrolytic refining of the 70% copper anode of Example 2-2, and the voltage between terminals. (A)は、実施例2−2の電解後のステンレス鋼カソードおよびこれに電着した銅を示した写真である。(B)は、実施例2−2の電解後のアノードを洗浄し、乾燥したものを示した写真である。(A) is a photograph showing a stainless steel cathode after electrolysis of Example 2-2 and copper electrodeposited thereon. (B) is a photograph showing a dried and washed anode after electrolysis in Example 2-2. (A)は、実施例1の82%銅アノードの下方に沈降していたスライムのSEM像である。(B)は、実施例1の電解液表面に浮遊していたスライムのSEM像である。(A) is an SEM image of slime that had settled below the 82% copper anode of Example 1. (B) is an SEM image of slime floating on the electrolyte solution surface of Example 1. 図9(A)スライムのXRDパターンを示したグラフである。FIG. 9A is a graph showing the XRD pattern of slime.

以下に本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法およびそれに用いる電解液について詳細に説明する。   Hereinafter, the electrolytic refining method for a low-grade copper anode of the present invention and the electrolytic solution used therefor will be described in detail.

なお、本明細書中において、「低品位銅アノード」の用語は、不純物として銅以外の金属元素を合計して1mass〜30mass%含有する銅合金を用いたアノードを意味する。   In the present specification, the term “low-grade copper anode” means an anode using a copper alloy containing 1 mass to 30 mass% in total of metal elements other than copper as impurities.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法は、銅以外の金属元素を不純物として含有する銅合金を低品位銅アノードとして用い、アノードに付着する化合物を形成する金属元素に対して大きな溶解度を有する電解液中に低品位銅アノードとカソードとを対面配列し、電解して、カソード表面に銅を回収することを特徴としている。   The method of electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention uses a copper alloy containing a metal element other than copper as an impurity as a low-grade copper anode, and has a high solubility for a metal element that forms a compound attached to the anode. A low-grade copper anode and a cathode are arranged face-to-face in an electrolytic solution, electrolyzed, and copper is recovered on the cathode surface.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記電解液が、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液であることが好ましく考慮される。   In the electrolytic refining method for a low-grade copper anode according to the present invention, it is preferably considered that the electrolytic solution is a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicofluoric acid-copper silicate solution.

また、本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、前記銅以外の金属元素がAg、Au、Pt、Pd、Ni、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Sn、ZnおよびFeの群より選択される少なくとも一種以上の金属元素であることが好ましく考慮される。   Moreover, in the electrolytic refining method of the low grade copper anode of the present invention, the metal elements other than the copper are Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, Sn, Zn, and Fe. It is preferably considered that it is at least one metal element selected from the group.

スルファミン酸は、メッキ分野や洗浄剤等において広く使用されている薬品であり、硫酸のヒドロキシル基のOHのうちの1つがアミノ基のNHに置換した示性式で表され、アミド硫酸とも呼ばれる。スルファミン酸は、Pbをはじめとするアノードに付着しやすい化合物を形成する金属由来のスルファミン酸塩に対する溶解度が大きいことが知られている。そのため、従来用いられている硫酸中での電解精錬において、電解によって生じたスライム中に含まれる硫酸鉛PbSO等のアノード表面に固着しやすい不純物金属元素の化合物を生成せず、Pb等を溶解し、アノード表面へのスライムの固着を抑制することができると考えられる。しかしながら、これまでのところ、スルファミン酸を主成分とする電解液を低品位銅アノードの電解精錬に用いることは提案されていなかった。 Sulfamic acid is a chemical widely used in the plating field, cleaning agents, and the like, and is represented by a chemical formula in which one of hydroxyl OH of sulfuric acid is substituted with NH 2 of amino group, and is also called amidosulfuric acid. . It is known that sulfamic acid has a high solubility in sulfamate derived from a metal that forms a compound that easily adheres to an anode such as Pb. Therefore, in the conventional electrolytic refining in sulfuric acid, it does not produce a compound of an impurity metal element such as lead sulfate PbSO 4 contained in the slime generated by electrolysis, which easily adheres to the anode surface, and dissolves Pb etc. Thus, it is considered that slime sticking to the anode surface can be suppressed. However, so far, it has not been proposed to use an electrolyte containing sulfamic acid as a main component for electrolytic refining of a low-grade copper anode.

電解液中におけるスルファミン酸の濃度としては、例えば、60〜120g/L、好ましくは80〜100g/Lの範囲が例示される。また、電解液中におけるスルファミン酸銅の濃度としては、例えば、40〜100g/L、好ましくは40〜60g/Lの範囲が例示される。   Examples of the concentration of sulfamic acid in the electrolytic solution include a range of 60 to 120 g / L, preferably 80 to 100 g / L. Moreover, as a density | concentration of the copper sulfamate in electrolyte solution, the range of 40-100 g / L, for example, preferably 40-60 g / L is illustrated, for example.

また、ケイフッ酸についても、スルファミン酸と同様に、Pb等を溶解することが知られており、スライム中のPbSO等の不純物金属元素の化合物を溶解し、アノード表面へのスライムの固着を抑制することができると考えられる。このようなアノードに付着しやすい化合物を形成する金属元素に対して大きな溶解度を有する特定の電解液を用いることにより、アノード表面の不働態化を抑制して、連続的な電解精錬が可能となる。 In addition, silicic acid is also known to dissolve Pb and the like in the same manner as sulfamic acid, and it dissolves impurity metal element compounds such as PbSO 4 in the slime to suppress the adhesion of slime to the anode surface. I think it can be done. By using a specific electrolytic solution having a large solubility for the metal element that forms a compound that easily adheres to the anode, it is possible to suppress the passivation of the anode surface and perform continuous electrolytic refining. .

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、低品位銅アノードが、銅以外の金属元素を合計して1mass〜30mass%含有する銅合金であることが好ましく考慮される。含有量が上記の範囲内であれば、従来電解採取工程なしでは精錬することが不可能であった、非鉄金属製錬残渣や電気電子機器廃棄物等の2次原料から純度99.99%以上の電気銅を電解精錬により得ることができる。なお、通常電解採取工程では、2V程度の電圧で電極および電解液に電流を印加する必要があるが、電解精錬では、0.2〜0.4V程度の電圧で原料および電解液に電流を印加すれば、電気銅を得ることができる。すなわち、本発明では、非鉄金属製錬残渣やリサイクル品等の2次原料等由来の低品位銅アノードを電解精錬することにより、消費電力を最大で1/10〜1/5程度まで低減させることが可能となる。   In the electrolytic refining method for a low-grade copper anode according to the present invention, it is preferably considered that the low-grade copper anode is a copper alloy containing 1 mass to 30 mass% in total of metal elements other than copper. If the content is within the above range, purity of 99.99% or more from secondary raw materials such as non-ferrous metal smelting residue and electrical and electronic equipment waste, which could not be refined without the conventional electrowinning process The electrolytic copper can be obtained by electrolytic refining. In addition, in the normal electrowinning process, it is necessary to apply a current to the electrode and the electrolytic solution at a voltage of about 2 V. In the electrolytic refining, a current is applied to the raw material and the electrolytic solution at a voltage of about 0.2 to 0.4 V. Then, electrolytic copper can be obtained. That is, in the present invention, the power consumption can be reduced to about 1/10 to 1/5 at maximum by electrolytic refining a low-grade copper anode derived from secondary raw materials such as non-ferrous metal smelting residues and recycled products. Is possible.

一方、本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、カソードとして、例えば、ステンレス鋼の薄板や純銅の薄板(銅の種板)等を用いることが例示される。   On the other hand, in the electrolytic refining method for a low-grade copper anode of the present invention, for example, a stainless steel thin plate or a pure copper thin plate (copper seed plate) is used as the cathode.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、電解を、電流密度100A/m〜400A/mで行うことが好ましく考慮される。また、省エネルギー化を考慮すると、電流密度200A/m〜300A/mの範囲内で行うことがより好ましい。電流密度が上記の範囲内であれば、消費電力を抑えつつ、表面状態の良好な電気銅を得ることができる。一方、電流密度が400A/mを上回ると、デンドライト銅やコブ状組織が形成され、アノードから脱落するスライムや電解液を巻き込み、カソードの純度低下を招いてしまうため好ましくない。また、得られる銅がアノード方向に成長し、短絡して電流効率の低下や電解障害を引き起こすおそれがあるため好ましくない。このような電流密度の制御は、従来公知の電流制御技術により行うことができる。 The low-grade copper anode for electrolytic refining process of the present invention, the electrolyte, it is preferred considered performed at a current density of 100A / m 2 ~400A / m 2 . In consideration of energy saving, and more preferably at a range of current density 200A / m 2 ~300A / m 2 . If the current density is within the above range, it is possible to obtain electrolytic copper having a good surface state while suppressing power consumption. On the other hand, if the current density exceeds 400 A / m 2 , dendrite copper or a bump-like structure is formed, and slime or electrolyte solution that falls off from the anode is involved, leading to a decrease in purity of the cathode. Further, the obtained copper grows in the anode direction and is short-circuited to cause a decrease in current efficiency and an electrolytic failure, which is not preferable. Such current density control can be performed by a conventionally known current control technique.

また、電解は、定電流電解であることが好ましく考慮される。本明細書中において、用語「定電流」は、電解精練の開始から終了まで常に一定の電流値で電力供給することに限定されず、例えば、夜間等電力使用料金の比較的安い時間帯には高い電流値で電解し、昼間等電力使用料金の比較的高い時間帯には低い電流値で電解を行うことも包含されている。一方、数秒〜数分程度のごく短時間で周期的に変動するような電流制御は「定電流」に含まれない。   In addition, the electrolysis is preferably considered to be constant current electrolysis. In the present specification, the term “constant current” is not limited to supplying power at a constant current value from the start to the end of electrolytic scouring. Electrolysis is performed at a high current value, and electrolysis is also performed at a low current value during a relatively high time period such as daytime when the power usage fee is relatively high. On the other hand, current control that periodically fluctuates in a very short time of several seconds to several minutes is not included in the “constant current”.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、定電流電解時の電解液の液温20℃〜80℃、より好ましくは20℃〜40℃の範囲であることが考慮される。液温が高いとSb等アンチモンを主成分とするスライムの生成の抑制と、それに起因する不働態化や、スライムがカソードへ付着することによる純度低下を抑制することができる。また、電解液の電気伝導度が上昇し、電解時の槽電圧の低減が期待できる。一方、電解液が、80℃を上回ると、スルファミン酸が分解しやすく、硫酸水素アンモニウムが生じかねない。そのため、本発明の特定の電解液によるアノードへのスライムの吸着抑制効果、アノード表面の不働態化抑制効果が低下する恐れがある。電解液の液温が上記範囲内であれば、長時間にわたって本発明の電解液によるアノードへのスライムの吸着抑制効果、アノード表面の不働態化抑制効果が発揮される。電解液の液温については、従来公知の保温・保冷手段を適宜使用することができる。 In the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, it is considered that the temperature of the electrolytic solution during constant current electrolysis is in the range of 20 ° C to 80 ° C, more preferably 20 ° C to 40 ° C. When the liquid temperature is high, it is possible to suppress the generation of slime mainly composed of antimony such as Sb 2 O 3, passivation due to the slime, and purity reduction due to the slime adhering to the cathode. In addition, the electrical conductivity of the electrolytic solution increases, and a reduction in cell voltage during electrolysis can be expected. On the other hand, when the electrolytic solution exceeds 80 ° C., sulfamic acid is easily decomposed and ammonium hydrogen sulfate may be generated. Therefore, there is a possibility that the effect of suppressing the adsorption of slime to the anode and the effect of suppressing the passivation of the anode surface by the specific electrolyte of the present invention may be reduced. If the liquid temperature of the electrolytic solution is within the above range, the effect of suppressing the adsorption of slime to the anode and the effect of suppressing the passivation of the anode surface by the electrolytic solution of the present invention are exhibited over a long period of time. Regarding the liquid temperature of the electrolytic solution, conventionally known heat-retaining / cooling means can be appropriately used.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、上述の電流密度と目的とする銅カソードの厚さによって電解時間を決定することができ、目安としては、例えば、電解における連続通電時間が24時間以上であることが好ましく考慮される。より実際的には、50時間以上、好ましくは100時間以上、より好ましくは150時間以上であることが考慮される。   In the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, the electrolysis time can be determined by the above-described current density and the thickness of the target copper cathode. As a guideline, for example, the continuous energization time in electrolysis is 24 hours. This is preferably taken into account. More practically, it is considered that it is 50 hours or more, preferably 100 hours or more, more preferably 150 hours or more.

なお、本発明の低品位銅アノードの電解精練方法では、アノード直下に堆積した灰色の固体生成物は陽極泥、すなわちスライムであると考えられ、高濃度のAu、Ag等を含有している。そのため、本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、これら銅より貴な有価金属を副次的に回収することができる。   In the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, the gray solid product deposited immediately under the anode is considered to be anode mud, that is, slime, and contains high concentrations of Au, Ag, and the like. Therefore, in the method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to the present invention, valuable metals that are noble than copper can be recovered as a secondary.

なお、電解液に溶出せず、スライムに分配される有価金属(Ag、Au、Pt、Pd等)については、電解終了後に回収されたのち、従来公知の方法により分離精製することが可能である。また、電解液には、PbとNiが蓄積することを確認しており、Pbについては硫酸を添加することによって回収可能である。さらにまた、Niについては、チオアセトアミドやHSのようなS2−イオンを電解液に供給することで、銅イオンをCuSとして分離後、晶析などによって回収することができる。 Note that valuable metals (Ag, Au, Pt, Pd, etc.) that do not elute into the electrolyte but are distributed to the slime can be separated and purified by a conventionally known method after being recovered after the completion of electrolysis. . Moreover, it has been confirmed that Pb and Ni accumulate in the electrolytic solution, and Pb can be recovered by adding sulfuric acid. Furthermore, Ni can be recovered by crystallization or the like after separating copper ions as Cu 2 S by supplying S 2 -ions such as thioacetamide or H 2 S to the electrolytic solution.

本発明の低品位銅アノードの電解精錬用電解液は、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液を主成分とする。   The electrolytic solution for electrolytic refining of a low-grade copper anode of the present invention is mainly composed of a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicofluoric acid-copper silicate solution.

低品位銅アノードの電解精錬用電解液では、さらに添加剤を加えることも好ましく考慮される。添加剤としては、銅の電析形態を改善することが知られているニカワ、高分子化合物、塩化物イオン、チオ尿素等の従来公知の添加剤、ならびにアノード中に不純物として含有される銅以外の金属元素との錯形成剤であることが好ましく考慮される。後者のような錯形成剤としては、例えば、酒石酸、酢酸およびくえん酸からなる群より選択される少なくとも一種であることが例示される。これら添加剤は1種単独または2種以上を併用することが可能である。特に、添加剤が酒石酸である場合、不純物としてのPbやSnと錯体を形成して、スライムの溶解度を上げると考えられ、しかも、電解精錬後の廃液の処理、無毒化等の点において優れている。   In the electrolytic solution for electrolytic refining of a low grade copper anode, it is preferable to add an additive. As additives, known additives such as glue, polymer compounds, chloride ions, thiourea, etc., which are known to improve the electrodeposition form of copper, and other than copper contained as impurities in the anode It is preferably considered that it is a complex-forming agent with other metal elements. Examples of the complexing agent such as the latter include at least one selected from the group consisting of tartaric acid, acetic acid and citric acid. These additives can be used alone or in combination of two or more. In particular, when the additive is tartaric acid, it is thought that it forms a complex with Pb and Sn as impurities to increase the solubility of slime, and is excellent in terms of treatment of waste liquid after electrolytic refining, detoxification, etc. Yes.

このような添加剤、錯形成剤の添加量としては、例えば、10g/L以下、好ましくは5g/L以下であることが例示される。添加量が上記の範囲内であれば、不純物金属元素と添加剤が錯体を形成して電解液中に溶解するため、アノード表面の不働態化抑制効果を向上させることができる。一方、添加量が例えば100g/Lでは、銅の溶解度が減少することにより硫酸銅が析出しやすくなり、かえってアノード表面の不働態化が促進されるおそれがある。   Examples of the additive amount of the additive and complexing agent include 10 g / L or less, preferably 5 g / L or less. When the addition amount is within the above range, the impurity metal element and the additive form a complex and dissolve in the electrolytic solution, so that the effect of suppressing passivation on the anode surface can be improved. On the other hand, when the added amount is, for example, 100 g / L, copper sulfate is likely to be precipitated due to a decrease in the solubility of copper, and on the contrary, passivation of the anode surface may be promoted.

以下に実施例を示すが、本発明の電解精錬方法およびそれに用いる電解液は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Although an Example is shown below, the electrolytic refining method of this invention and the electrolyte solution used for it are not limited at all by these Examples.

<1.銅以外の金属元素を不純物として1種類のみ1mass%含有する銅合金の電解試験>
市販の銅以外の高純度金属試薬、酸素濃度調整に用いる酸化銅(I)(CuO)と配線用純銅線を目的の組成になるように秤量し、内径20mmのアルミナ製タンマン管(SSA−H、ニッカトー製、堺)に入れた後、シリコニット発熱体縦型電気炉にセットした。次に、炉心管の下から流量200cm/min.でアルゴンガスを導入して炉内をアルゴン置換し、温度1200℃に昇温した後2時間保持した。保持後、炉からタンマン管を取り出し、アルゴンガスを吹付ながら空冷した。冷却後、棒状になった銅合金をタンマン管から取り出し、タンマン管の直径方向に切断して低品位銅アノードとして使用した。なお、参考例として純銅を用いて銅アノードを作製し、以下の手順により電解試験に供した。
<2.電解試験>
上記1.で得られた各種銅合金を、厚さ10mm程度になるようにタンマン管の直径方向に切断し、片面にPVC被覆銅線をはんだ付けした後、非導電性樹脂(エポフィックス、丸本ストルアス株式会社製、東京)に冷間樹脂埋めした。次に、これを回転研磨機(ドクターラップML−182、株式会社マルトー製、東京)を用いてエメリー紙#220〜#2000で面出しし、さらに粒径0.3mmのアルミナ粒子を研磨剤としてバフ研磨して低品位銅アノードを作製した。また、直径20mm、厚さ1mmのSUS304ステンレス鋼を同様の手順で銅線付け・樹脂埋め・研磨し、ステンレス鋼カソードを作製した。
<1. Electrolytic test of copper alloy containing 1 mass% of only one type of metal elements other than copper>
Commercially available high-purity metal reagents other than copper, copper (I) oxide (Cu 2 O) used for oxygen concentration adjustment, and pure copper wire for wiring are weighed to the desired composition, and an alumina tamman tube (SSA with an inner diameter of 20 mm) -H, manufactured by Nikkato Co., Ltd.) and then set in a siliconite heating element vertical electric furnace. Next, a flow rate of 200 cm 3 / min. Then, argon gas was introduced to replace the inside of the furnace with argon, and the temperature was raised to 1200 ° C. and held for 2 hours. After the holding, the Tamman tube was taken out from the furnace and cooled with air while blowing argon gas. After cooling, the rod-shaped copper alloy was taken out from the Tamman tube, cut in the diameter direction of the Tamman tube, and used as a low-grade copper anode. In addition, the copper anode was produced using pure copper as a reference example, and it used for the electrolytic test with the following procedures.
<2. Electrolysis test>
Above 1. After cutting the various copper alloys obtained in step 1 in the diameter direction of the Tamman tube so that the thickness is about 10 mm, soldering PVC coated copper wire on one side, non-conductive resin (Epofix, Marumoto Struers Co., Ltd.) Cold resin was buried in Tokyo (made by company). Next, this is surfaced with emery paper # 220 to # 2000 using a rotary polishing machine (Doctor Wrap ML-182, manufactured by Marto, Inc., Tokyo), and alumina particles having a particle size of 0.3 mm are used as abrasives. A low grade copper anode was fabricated by buffing. Further, SUS304 stainless steel having a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm was subjected to copper wire attachment, resin embedding, and polishing in the same procedure to produce a stainless steel cathode.

電解液の調製は、市販の高純度試薬を蒸留水に溶解することによって行った。ここで、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液は、スルファミン酸溶液に塩基性炭酸銅を溶解することで、次式によって調製した。   The electrolytic solution was prepared by dissolving a commercially available high purity reagent in distilled water. Here, the sulfamic acid-sulfamic acid copper-based solution was prepared according to the following formula by dissolving basic copper carbonate in the sulfamic acid solution.

4HNSOaq.+CuCO・Cu(OH)(s)
→2Cu(HNSOaq.+3HO+CO(g) (1)
調製および試験した電解液は以下の2種類である。
(i)HSO濃度160g L−1、Cu(II)濃度40g L−1の硫酸−硫酸銅溶液
(ii)HNSO濃度100g L−1、Cu(II)濃度40g L−1のスルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液
以上のように調製した電解液、作製した低品位銅アノードおよびステンレス鋼カソードを用いて、2電極法で定電流電解を行った。電流密度は300A/mとし、最長24時間または電解電圧が大きく上昇するまで継続した。なお、電解液(i)の硫酸―硫酸銅溶液では、電解液の温度が40℃±2℃の範囲に収まるように液温を調整、保温した。また、電解液(ii)のスルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液では、電解液の温度が25℃±2℃の範囲内におさまるように液温を調整、保温した。
4H 3 NSO 3 aq. + CuCO 3 · Cu (OH) 2 (s)
→ 2Cu (H 2 NSO 3 ) 2 aq. + 3H 2 O + CO 2 (g) (1)
The following two types of electrolytic solutions were prepared and tested.
(I) H 2 SO 4 concentration 160 g L −1 , Cu (II) concentration 40 g L −1 sulfuric acid-copper sulfate solution (ii) H 3 NSO 3 concentration 100 g L −1 , Cu (II) concentration 40 g L −1 The sulfamic acid-copper sulfamate-based solution of the present invention was subjected to constant current electrolysis by the two-electrode method using the electrolytic solution prepared as described above, the produced low-grade copper anode and the stainless steel cathode. The current density was 300 A / m 2 and continued for a maximum of 24 hours or until the electrolysis voltage increased significantly. In addition, in the sulfuric acid-copper sulfate solution of the electrolytic solution (i), the liquid temperature was adjusted and kept so that the temperature of the electrolytic solution was within the range of 40 ° C. ± 2 ° C. In the sulfamic acid-copper sulfamate solution of the electrolytic solution (ii), the liquid temperature was adjusted and kept so that the temperature of the electrolytic solution was within a range of 25 ° C. ± 2 ° C.

図1および表1に、硫酸−硫酸銅溶液中で低品位銅アノードまたは純銅をアノードとして用いて電解した際のアノード表面の不働態化時間を示す。   FIG. 1 and Table 1 show the passivation time of the anode surface when electrolysis was performed using a low-grade copper anode or pure copper as an anode in a sulfuric acid-copper sulfate solution.

純銅アノードでは、電解の開始から22.9時間経過したあたりで端子間電圧が大きく上昇し始めたので、これを純銅の不働態化時間とした。不純物としてSb、Ag、Au、Pt、PdまたはSeを1mass%含有する低品位銅アノードでは、純銅と比較して不働態化時間が短くなることが確認された。特に、不純物としてPbを1mass%含有する低品位銅アノードでは、電解開始から3.3時間経過したあたりで端子間電圧(Terminal voltage)が2V程度に上昇後、ほぼ一定値で推移することが確認された。この場合、低品位銅アノードの表面では、以下の反応が進行していると考えられる。   In the pure copper anode, the voltage between the terminals started to increase greatly after 22.9 hours from the start of electrolysis, and this was designated as the passivation time of pure copper. It was confirmed that the passivation time was shortened in the low grade copper anode containing 1 mass% of Sb, Ag, Au, Pt, Pd or Se as impurities as compared with pure copper. In particular, in the case of a low-grade copper anode containing 1 mass% of Pb as an impurity, it was confirmed that the voltage between terminals (Terminal voltage) rose to about 2 V after 3.3 hours from the start of electrolysis, and remained almost constant. It was done. In this case, it is considered that the following reaction proceeds on the surface of the low-grade copper anode.

(i)Pb+SO 2−→PbSO+2e (2)
(ii)PbSO+2HO→PbO+HSO+2H+ 2e (3)
(iii)2HO→O+4H+4e (4)
銅の溶解が進行して低品位銅アノードの表面(電極表面)にPbが露出した結果、これら一連の反応により、低品位銅アノードで起こる化学反応が銅の溶解から酸素発生に切り替わったものと考えられる。
(I) Pb + SO 4 2− → PbSO 4 + 2e (2)
(Ii) PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + H 2 SO 4 + 2H + + 2e (3)
(Iii) 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e (4)
As a result of Pb being exposed on the surface (electrode surface) of the low-grade copper anode due to the progress of copper dissolution, the chemical reaction occurring at the low-grade copper anode was switched from the dissolution of copper to the generation of oxygen due to these series of reactions. Conceivable.

一方、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液を用いて低品位銅アノードを電解した場合、図2に示したように、いずれの銅合金も24時間の範囲では不働態化しなかった。したがって、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液は不働態化の抑制に大きな効果があることが確認された。
<3.様々な金属元素を不純物として含有する低品位銅アノードの作製および電解試験>
表2に示した低品位銅アノードの仕込み組成に基づき、1.と同様にして低品位銅アノードを作製した。
On the other hand, when a low-grade copper anode was electrolyzed using a sulfamic acid-copper sulfamate solution, as shown in FIG. 2, none of the copper alloys was passivated within a range of 24 hours. Therefore, it was confirmed that the sulfamic acid-copper sulfamate solution has a great effect on suppression of passivation.
<3. Preparation and electrolysis of low-grade copper anodes containing various metal elements as impurities>
Based on the charge composition of the low grade copper anode shown in Table 2, In the same manner, a low-grade copper anode was produced.

(実施例1)
不純物として、Ag2.09mass%、Pb5.02mass%、Ni4.08mass%およびSb5.85mass%を合計した17.04mass%の銅以外の金属元素と、1.04mass%のOを含有する銅合金を作製し、これを低品位銅アノード(82%銅アノード)とした。
Example 1
A copper alloy containing a metal element other than 17.04 mass% copper, which is a total of Ag2.09 mass%, Pb5.02 mass%, Ni4.08 mass%, and Sb5.85 mass%, and 1.04 mass% O as impurities. This was used as a low grade copper anode (82% copper anode).

このようにして得られた低品位銅アノードを用い、2.と同様にして電解試験を行った。なお、電流密度は300A/mとし、最長168時間継続した。 1. Using the low-grade copper anode thus obtained, The electrolytic test was conducted in the same manner as above. The current density was 300 A / m 2 and continued for a maximum of 168 hours.

(実施例2−1)
不純物として、Ag4.12mass%、Au0.21mass%、Pb4.09mass%、Ni4.02mass%、As1.43mass%、Sb4.00mass%、Bi1.46mass%およびSe1.02mass%を合計した20.35mass%の銅以外の金属元素を含有する銅合金を作製し、これを低品位銅アノード(80%銅アノード)としたこと以外は実施例1と同様にして電解試験を行った。
(Example 2-1)
As an impurity, Ag of 4.12 mass%, Au of 0.21 mass%, Pb of 4.09 mass%, Ni of 4.02 mass%, As of 1.43 mass%, Sb of 4.00 mass%, Bi of 1.46 mass%, and Se of 1.02 mass% of 20.35 mass% A copper alloy containing a metal element other than copper was prepared, and an electrolytic test was conducted in the same manner as in Example 1 except that this was used as a low-grade copper anode (80% copper anode).

(実施例2−2)
不純物として、Ag5.94mass%、Au0.31mass%、Pb5.95mass%、Ni5.99mass%、As2.10mass%、Sb6.03mass%、Bi2.09mass%およびSe1.49mass%を合計した29.90mass%の銅以外の金属元素を含有する銅合金を作製し、これを低品位銅アノード(70%銅アノード)とし、実施例2−1の80%銅アノード電解後の電解液を濾過したものを電解液として再利用したこと以外は実施例1と同様にして電解試験を行った。
(Example 2-2)
As an impurity, 29.90 mass% of Ag 5.94 mass%, Au 0.31 mass%, Pb 5.95 mass%, Ni 5.99 mass%, As 2.10 mass%, Sb 6.03 mass%, Bi 2.09 mass%, and Se 1.49 mass%. A copper alloy containing a metal element other than copper was prepared, which was used as a low-grade copper anode (70% copper anode), and the electrolytic solution obtained by filtering the electrolytic solution after 80% copper anode electrolysis in Example 2-1 was used as the electrolytic solution. The electrolytic test was conducted in the same manner as in Example 1 except that it was reused.

このようにして得られた実施例1〜2−2の低品位銅アノードを用い、2.と同様にして電解試験を行った。なお、電流密度は300A/mとし、最長168時間継続した。 1. Using the thus obtained low-grade copper anode of Examples 1-2, The electrolytic test was conducted in the same manner as above. The current density was 300 A / m 2 and continued for a maximum of 168 hours.

実施例1の82%銅アノードでは、図3に示したように、端子間電圧は、電解開始直後は0.6V程度の値を示し、その後0.9V程度まで緩やかに上昇した。このような端子間電圧の値は、電解採取における端子間電圧(2.0〜2.3V程度)より小さいが、従来の硫酸−硫酸銅溶液を電解液として用いた電解精錬における端子間電圧(〜0.3V程度)より大きかった。   In the 82% copper anode of Example 1, as shown in FIG. 3, the voltage between terminals showed a value of about 0.6 V immediately after the start of electrolysis, and then gradually increased to about 0.9 V. The value of such inter-terminal voltage is smaller than the inter-terminal voltage (about 2.0 to 2.3 V) in electrowinning, but the inter-terminal voltage in electrolytic refining using a conventional sulfuric acid-copper sulfate solution as an electrolytic solution ( About 0.3V).

また、端子間電圧が、間欠的に2V程度まで上昇するが、15分程度ですぐに復極することが確認できた。また、端子間電圧が2V程度に上昇している間、気体の発生が確認できた。このような電圧の上昇と復極は、以下の反応式で示したスルファミン酸の分解、Pbを含有するスライムの生成と、アノード表面からのスライムの脱落に起因する現象であると考えられる。   Moreover, although the voltage between terminals rose intermittently to about 2V, it has confirmed that it was immediately reversed in about 15 minutes. Moreover, generation | occurrence | production of gas has been confirmed, while the voltage between terminals is rising to about 2V. Such a voltage increase and depolarization is considered to be a phenomenon caused by decomposition of sulfamic acid, generation of slime containing Pb, and slime detachment from the anode surface shown in the following reaction formula.

NSO+HO→NH+HSO (5)
Pb2++HSO→PbSO+2H (6)
式(6)によってアノード表面にPbSOが生成すると、式(3)、(4)のようにアノード反応が変化し、酸素発生反応が進行する。この際、Pbを含有するスライムの隙間から酸素が発生するなどしてスライムが脱落すると再び銅が露出し、アノード反応が銅の溶解に戻り復極したものと考えられる。
H 3 NSO 3 + H 2 O → NH 3 + H 2 SO 4 (5)
Pb 2+ + H 2 SO 4 → PbSO 4 + 2H + (6)
When PbSO 4 is generated on the anode surface by the equation (6), the anode reaction changes as in equations (3) and (4), and the oxygen generation reaction proceeds. At this time, it is considered that when the slime is dropped due to the generation of oxygen from the gap between the slime containing Pb, copper is exposed again, and the anode reaction returns to the dissolution of copper and is reversed.

また、図4(A)に示したように、電解後のカソードでは電析形態の良好な電気銅が回収されることが確認された。一方、図4(B)に示したように、82%銅アノードでは銅が溶解し、アノード体積が大きく減少していることが確認された。また、電解中において、アノードの下方ならびに電解液表面にスライムが認められた。   Further, as shown in FIG. 4 (A), it was confirmed that electrolytic copper having a good electrodeposition was recovered at the cathode after electrolysis. On the other hand, as shown in FIG. 4B, it was confirmed that the 82% copper anode dissolved copper and the anode volume was greatly reduced. In addition, slime was observed under the anode and on the surface of the electrolyte during electrolysis.

実施例2−1の80%銅アノードでは、図5に示したように、アノードが不働態化することはなかった。実施例1と比較すると、端子間電圧が上昇する頻度は低いが、端子間電圧の上昇を示す複数のピークが重畳し、ブロードなピークが確認された。また、電解後のカソードでは、図6(A)に示したものとほぼ同等の形状であった。   The 80% copper anode of Example 2-1 did not passivate the anode as shown in FIG. Compared with Example 1, the frequency at which the inter-terminal voltage increased was low, but a plurality of peaks indicating an increase in the inter-terminal voltage were superimposed, and a broad peak was confirmed. Further, the cathode after electrolysis had a shape almost equivalent to that shown in FIG.

実施例2−2の70%銅アノードでは、図7に示したように、アノードが不働態化することはなかった。実施例1と比較して端子間電圧が上昇する頻度が高く、端子間電圧の上昇を示す複数のピークが重畳し、ブロードなピークが確認された。また、電解後のカソードでは、図8(A)に示したように、カソード下部における電析形態は凹凸が多く、しかも空隙が存在するため不良であった。電解中、アノードの下方ならびに電解液表面だけでなく、電解液中に漂うスライムも確認された。   In the 70% copper anode of Example 2-2, the anode was not passivated as shown in FIG. Compared with Example 1, the frequency at which the inter-terminal voltage increased was higher, and a plurality of peaks indicating an increase in the inter-terminal voltage were superimposed, and a broad peak was confirmed. Moreover, in the cathode after electrolysis, as shown in FIG. 8 (A), the electrodeposition form at the lower part of the cathode was unsatisfactory because there were many irregularities and voids existed. During electrolysis, not only under the anode and the surface of the electrolyte, but also slime drifting in the electrolyte was confirmed.

実施例2−2における電解不良は、電解液を繰り返し使用したために生じた現象と考えられる。すなわち、電解液中に溶存化学種として固定化できる限度量を超えた結果、その過剰量がスライムとなりカソードに付着するなどして電解不良を引き起こしたと考えられる。
<4.電析した銅カソードにおける不純物濃度の測定と電流効率>
実施例1〜2−2の低品位銅アノードの電解後、ステンレス鋼カソードに電析した銅を剥ぎ取り、その約半量を4倍希釈の硝酸約50mlに溶解した後、メスフラスコを用いて100mlに調整し、これを適宜希釈した溶液中の不純物元素濃度を誘導結合プラズマ発光分光法(ICP−OES)(iCAP7400、サーモサイエンティフィック製、横浜)を用いて決定することで、電析した銅中の不純物濃度を測定した。また、低品位銅アノード中における不純物としての銅以外の金属元素が電解液中にどの程度溶解したかについても、ICP−OES分析により測定した。
The electrolytic failure in Example 2-2 is considered to be a phenomenon caused by the repeated use of the electrolytic solution. That is, it is considered that as a result of exceeding the limit amount that can be immobilized as dissolved chemical species in the electrolytic solution, the excessive amount becomes slime and adheres to the cathode, thereby causing electrolysis failure.
<4. Impurity concentration measurement and current efficiency in electrodeposited copper cathodes>
After electrolysis of the low-grade copper anodes of Examples 1-2, the copper electrodeposited on the stainless steel cathode was peeled off, about half of which was dissolved in about 50 ml of 4-fold diluted nitric acid, and then 100 ml using a volumetric flask. The concentration of the impurity element in the solution obtained by appropriately diluting the solution was determined by using inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-OES) (iCAP7400, manufactured by Thermo Scientific, Yokohama), and the electrodeposited copper was determined. The impurity concentration inside was measured. Further, the extent to which metal elements other than copper as impurities in the low-grade copper anode were dissolved in the electrolytic solution was also measured by ICP-OES analysis.

また、通電電流値I、通電時間t、カソードに電析した銅の重量W、ファラデー定数Fおよび銅の原子量MCuから、次式によって電流効率を算出した。 Further, the current efficiency was calculated from the energization current value I, the energization time t, the weight W of copper deposited on the cathode, the Faraday constant F, and the atomic weight M Cu of copper by the following formula.

100・W/[{(I・t)/(2F)}・MCu] (7)
結果を表3に示す。
100 · W / [{(I · t) / (2F)} · M Cu ] (7)
The results are shown in Table 3.

なお、表3において、ndとは不純物元素が前記カソードの溶解液とその希釈液のICP−OES分析から求められる銅濃度における定量限界以下であったことを示し、具体的には1ppm未満を指す。   In Table 3, nd means that the impurity element was below the limit of quantification in the copper concentration obtained from the ICP-OES analysis of the solution of the cathode and its diluted solution, and specifically indicates less than 1 ppm. .

表3に示したように、電解後のカソードに電析した銅中の不純物としての金属元素濃度をICP−OESで分析したところ、実施例1では、Ag、Pb、NiおよびSbの各金属元素についていずれも定量限界以下であったことから、99.99mass%以上の電着銅が得られたと考えられる。また、このとき電析したカソードの重量から求めた電流効率は、100.4%であった。これらの結果より、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液は低品位銅アノードを電解精錬可能な極めて有望な電解液系であることが明らかとなった。   As shown in Table 3, when the concentration of metal elements as impurities in copper deposited on the cathode after electrolysis was analyzed by ICP-OES, each metal element of Ag, Pb, Ni and Sb was analyzed in Example 1. Since all were below the limit of quantification, it was considered that 99.99 mass% or more of electrodeposited copper was obtained. The current efficiency obtained from the weight of the cathode electrodeposited at this time was 100.4%. From these results, it has been clarified that the sulfamic acid-copper sulfamate solution is a very promising electrolyte system capable of electrolytically refining a low-grade copper anode.

なお、電解精錬後の銅カソード中のAg濃度について国際基準では25ppm未満であることが規定されているが、本発明の低品位銅アノードの電解精錬方法では、Ag濃度1ppm以下との測定結果が得られた。そのため、極めて不純物の少ない高純度の電気銅が得られることが確認された。   In addition, although it is prescribed | regulated that the Ag density | concentration in the copper cathode after electrolytic refining is less than 25 ppm by international standards, in the electrolytic refining method of the low grade copper anode of this invention, the measurement result with Ag concentration of 1 ppm or less is shown. Obtained. Therefore, it was confirmed that high-purity electrolytic copper with very few impurities can be obtained.

また、実施例2−1については、アノードに添加した中の不純物のうち、Ag12ppm、Sb13ppm、Bi13ppmが有意な濃度の不純物としてカソードから確認され、その他の元素については定量限界以下であった。したがって、この場合にも純度99.99%以上の銅が得られたといえる。   Moreover, about Example 2-1, Ag12ppm, Sb13ppm, Bi13ppm was confirmed from the cathode as impurities of significant concentration among impurities added to the anode, and other elements were below the limit of quantification. Therefore, it can be said that copper having a purity of 99.99% or more was obtained also in this case.

一方、実施例2−2については、不純物としての銅以外の金属元素の濃度が、それぞれAg濃度27ppm、As濃度29ppmおよびSb濃度30ppmであり、実施例1や2−1と比較して不純物濃度が大きかった。実施例2−2では、電析形態が不良であったことから、電解液や電解液中のスライムを巻き込んだ可能性が高いと考えられる。
<5.電解後の電解液中における不純物濃度の測定>
電解後の電解液についても、4.と同様にしてICP−OES法を用いて不純物としての銅以外の金属元素の濃度を測定した。結果を表4に示す。
On the other hand, in Example 2-2, the concentrations of metal elements other than copper as impurities were 27 ppm Ag, 29 ppm As, and 30 ppm Sb, respectively, and the impurity concentration compared to Examples 1 and 2-1. Was big. In Example 2-2, since the form of electrodeposition was poor, it is considered that there is a high possibility that the electrolyte solution and the slime in the electrolyte solution were involved.
<5. Measurement of impurity concentration in electrolytic solution after electrolysis>
Regarding the electrolytic solution after electrolysis, 4. In the same manner as above, the concentration of metal elements other than copper as impurities was measured using the ICP-OES method. The results are shown in Table 4.

表4に示したように、実施例1では、不純物としての銅以外の金属元素の濃度が、それぞれAg濃度0.247ppm、Pb濃度613ppm、Ni濃度606ppmおよびSb濃度56.9ppmであり、Pb、Niのほとんどが電解液中に溶解していることが示唆された。一方、銅より貴な金属であるAgについては、電解液中における濃度も極めて低く、大部分はスライム中に分配されていると考えられる。また、Sbについては、一部電解液に溶解したが、大部分は難溶性の化合物を形成してスライム中に分配されていると考えられる。   As shown in Table 4, in Example 1, the concentrations of metal elements other than copper as impurities were an Ag concentration of 0.247 ppm, a Pb concentration of 613 ppm, an Ni concentration of 606 ppm, and an Sb concentration of 56.9 ppm, respectively. It was suggested that most of Ni was dissolved in the electrolyte. On the other hand, Ag, which is a noble metal than copper, has a very low concentration in the electrolytic solution, and is considered to be mostly distributed in the slime. In addition, Sb was partially dissolved in the electrolytic solution, but most of the Sb is considered to form a hardly soluble compound and distributed in the slime.

実施例2−1では、実施例1においてアノード中の不純物として添加した金属元素Ag、Pb、Ni、Sbに加え、Au、As、Biをアノードに添加した。この場合には、電解後の電解液にPb、Ni、As、Biが増大する傾向が認められた。したがって、これらの元素は電解液中の溶存化学種として固定化されていると考えられる。一方、Sbについては、実施例1と比較して低濃度であった。これはアノードから溶解したAsイオンと反応し、難溶性のSbAsOなどを生成したためと考えられる。
<6.スライムの成分分析>
電解精錬後、実施例1の82%銅アノードの下方に沈降していたスライムと、電解液表面に浮遊していたスライムをそれぞれ電解液と共に回収し、ろ過・洗浄した後、電子顕微鏡SEM−EDS(JSM−6510A、日本電子)を用いた組織観察および簡易成分分析とX線回折装置(Ultima IV/285PDS、リガク)を用いた相の同定を行った。
In Example 2-1, in addition to the metal elements Ag, Pb, Ni, and Sb added as impurities in the anode in Example 1, Au, As, and Bi were added to the anode. In this case, the tendency for Pb, Ni, As, and Bi to increase in the electrolytic solution after electrolysis was observed. Therefore, it is considered that these elements are immobilized as dissolved chemical species in the electrolytic solution. On the other hand, Sb had a lower concentration than that of Example 1. This is presumably because it reacted with As ions dissolved from the anode to produce hardly soluble SbAsO 4 or the like.
<6. Slime component analysis>
After electrolytic refining, the slime that settled below the 82% copper anode of Example 1 and the slime that floated on the surface of the electrolytic solution were collected together with the electrolytic solution, filtered, washed, and then electron microscope SEM-EDS. (JSM-6510A, JEOL) Tissue observation and simple component analysis, and phase identification using an X-ray diffractometer (Ultima IV / 285PDS, Rigaku) were performed.

図9(A)に示したように、SEMでの観察の結果、82%銅アノードの下方に沈降していたスライムでは、表面に多数の隆起が確認された。一方、図9(B)に示したように、電解液表面に浮遊していたスライムでは、表面の隆起が少なく、一つ一つのスライム塊が比較的小さいことが確認された。   As shown in FIG. 9A, as a result of observation by SEM, in the slime that had settled below the 82% copper anode, a large number of bumps were confirmed on the surface. On the other hand, as shown in FIG. 9 (B), it was confirmed that the slime floating on the surface of the electrolyte had few surface bulges and each slime mass was relatively small.

図10の結果から、82%銅アノードの下方に沈降していたスライムは、Ag、NiOおよびAbの混合体であり、貴金属に富むことが確認された。一方、電解液表面に浮遊していたスライムは、SbとPbSOからなると考えられる。したがって、陽極泥として沈降しているスライムを回収し、適切な溶媒に溶解することで、貴金属を回収することが可能であると考えられる。 From the results of FIG. 10, it was confirmed that the slime that had settled below the 82% copper anode was a mixture of Ag, NiO, and Ab 2 O 3 and was rich in noble metals. On the other hand, the slime floating on the surface of the electrolytic solution is considered to be composed of Sb 2 O 3 and PbSO 4 . Therefore, it is considered that the noble metal can be recovered by recovering the slime settled as the anode mud and dissolving it in an appropriate solvent.

実施例2−1〜2−2で回収されたスライムからは、実施例1で見られた銅以外の不純物金属元素の化合物に加え、ヒ酸ビスマスやヒ酸アンチモンも確認できた。   From the slime recovered in Examples 2-1 to 2-2, bismuth arsenate and antimony arsenate could be confirmed in addition to the compounds of impurity metal elements other than copper found in Example 1.

Claims (6)

銅以外の金属元素を不純物として含有する銅合金を低品位銅アノードとして用い、
アノードに付着する化合物を形成する金属元素に対して大きな溶解度を有する電解液中に前記低品位銅アノードとカソードとを対面配列し、電解して、カソード表面に銅を回収することを特徴とする低品位銅アノードの電解精錬方法。
Using a copper alloy containing a metal element other than copper as an impurity as a low-grade copper anode,
The low-grade copper anode and the cathode are face-to-face arranged in an electrolytic solution having a large solubility with respect to a metal element forming a compound adhering to the anode, and electrolysis is performed to collect copper on the cathode surface. A method for electrolytic refining of low-grade copper anodes.
前記電解液が、スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液であることを特徴とする請求項1に記載の低品位銅アノードの電解精錬方法。   2. The method of electrolytic refining a low-grade copper anode according to claim 1, wherein the electrolytic solution is a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicofluoric acid-copper silicate solution. 前記銅以外の金属元素がAg、Au、Pt、Pd、Ni、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Sn、ZnおよびFeの群より選択される少なくとも一種以上の金属元素であることを特徴とする請求項1または2に記載の低品位銅アノードの電解精錬方法。   The metal element other than copper is at least one metal element selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, Sn, Zn, and Fe. The method for electrolytic refining of a low-grade copper anode according to claim 1 or 2. 前記低品位銅アノードが、前記銅以外の金属元素を合計して1mass〜30mass%含有する銅合金であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の低品位銅アノードの電解精錬方法。   4. The low-grade copper anode according to claim 1, wherein the low-grade copper anode is a copper alloy containing 1 mass to 30 mass% in total of metal elements other than the copper. 5. Electrolytic refining method. 前記電解を、電流密度100A/m〜400A/mで行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の低品位銅アノードの電解精錬方法。 The electrolytic current density 100A / m 2 ~400A / low-grade copper anode for electrolytic refining method according to any one of claims 1 to 4 and m and performing at 2. スルファミン酸−スルファミン酸銅系溶液またはケイフッ酸−ケイフッ酸銅系溶液を主成分とすることを特徴とする低品位銅アノードの電解精錬用電解液。   An electrolytic solution for electrolytic refining of a low-grade copper anode, characterized by comprising a sulfamic acid-copper sulfamate solution or a silicofluoric acid-copper silicate solution as a main component.
JP2017175084A 2017-09-12 2017-09-12 Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them Active JP6985678B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017175084A JP6985678B2 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017175084A JP6985678B2 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019052329A true JP2019052329A (en) 2019-04-04
JP6985678B2 JP6985678B2 (en) 2021-12-22

Family

ID=66014337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017175084A Active JP6985678B2 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6985678B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110106522A (en) * 2019-04-30 2019-08-09 上海大学 The method for producing tough cathode using Bi brass waste material Direct Electrolysis
JP2021038441A (en) * 2019-09-04 2021-03-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Heavy metal separating method and metal recovery method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110106522A (en) * 2019-04-30 2019-08-09 上海大学 The method for producing tough cathode using Bi brass waste material Direct Electrolysis
CN110106522B (en) * 2019-04-30 2021-06-04 上海大学 Method for preparing cathode copper by directly electrolyzing bismuth brass waste
JP2021038441A (en) * 2019-09-04 2021-03-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Heavy metal separating method and metal recovery method
JP7368802B2 (en) 2019-09-04 2023-10-25 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Heavy metal separation method and metal recovery method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6985678B2 (en) 2021-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4298712B2 (en) Method for electrolytic purification of copper
TWI577836B (en) High purity tin manufacturing methods, high purity tin electrolytic refining devices and high purity tin
JP2014501850A (en) Electrical recovery of gold and silver from thiosulfate solutions
TWI428451B (en) Valuable metal recovery method from lead-free waste solder
CN107177865B (en) Process for separating lead and bismuth from high-bismuth lead alloy
JP2011122197A (en) Method of producing metal indium
JP6985678B2 (en) Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them
JP2021523298A (en) Improvement of copper electrorefining
JPS6327434B2 (en)
JP2642230B2 (en) Manufacturing method of high purity tin
JP2005054249A (en) Method for removing copper from anode slime after copper electrolysis
JP4323297B2 (en) Method for producing electrolytic copper powder
JP4797163B2 (en) Method for electrolysis of tellurium-containing crude lead
JP7420001B2 (en) Method for producing metal cadmium
JP2008019475A (en) Method for removing chlorine in electrodeposited copper
JP7180039B1 (en) Method for separating tin and nickel from mixtures containing tin and nickel
JP3163612B2 (en) Copper removal electrolysis from chloride bath
JP3774262B2 (en) Manufacturing method of high purity electrolytic copper
JP2012092447A (en) Electrolytic extracting method of cobalt
JPH0713313B2 (en) Tellurium recovery method
JPH0881797A (en) Improved method for electrolytic sampling of heavy metal
JP2570076B2 (en) Manufacturing method of high purity nickel
RU2237750C1 (en) Method for electrolytic refining of copper and nickel from copper/nickel alloys
JPH05320972A (en) Method for separating and recovering copper from ferroscrap
CN110079827B (en) Electrolysis purification method of lead based on sulfamic acid bath

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20171006

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200818

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210803

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210930

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20211020

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211115

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6985678

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150