CN1034957C - 硫化铜矿直接电解制取电解铜的方法及其电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从硫化铜矿直接电解制取电解铜的方法及其电解槽。电解槽中采用离子交换阴膜作为隔膜。方法的特征是硫化铜矿经还原浸出后，浸出液与渣分别进入电解槽的阴、阳极区，阴极电积制取电解铜、阳极电氯化浸出硫化矿，一步完成由矿砂到电解铜的操作。这一发明可处理硫化铜矿、复杂矿及多金属共生矿，其生产流程简单，综合能耗低，无污染，并易于工业实施。

Description

硫化铜矿直接电解制取电解铜的方法及其电解槽

本发明属于电化学冶金技术领域，特别涉及一种硫化铜矿湿法冶金制取电解铜的方法及其电解槽。

从硫化铜矿制取商品电解铜，工业方法多采用火法生产。为改善火法生产所造成的环境污染，已研究出多种湿法冶金生产电解铜的工艺。中国冶金研究总院在《有色金属(冶炼)》1981年第6期发表了经改进的DEXTEC一步炼铜法。这种方法，由于隔膜电解槽阴极区溶液质量得不到保证，且又只能生产铜粉，故有不足之处。该方法的不足之处是：

(1)黄铜矿预处理只为了适当提高Cu⁺的浓度，避免阳极液直接循环到阴极区；

(2)阴极液含铁量高，Cu＋/∑Cu比例低，阳极室Cu²⁺可渗透到阴极室；

(3)不能直接获取电解铜。

中国贵州工学院在《有色金属(冶炼)》1981年第3期上发表时“含砷铜精矿湿法冶金新工艺”的研究，虽然在阴极室获得电解铜，但由于采用石棉隔膜避免不了杂质阳离子向阴极的扩散，因而电解铜质量只能达GB466-82二极电解铜标准，同时，电解时阴极室只用于CuCL₂浸出剂的再生，且浸出设备昂贵。

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，利用离子交换阴膜的技术而研制的一种硫化铜矿直接电解制取电解铜的方法及其电解槽。

本发明硫化铜矿直接电解制取电解铜的方法是用氯化铜溶液还原浸出硫化铜矿中的部分铜，其余的铜在采用离子交换阴膜的隔膜电解槽的阳极区被浸出，而在阴极区同时电积，以制取符合GB466-82要求的一级电解铜。

本发明适宜处理粒度小于0.88mm，含Pb≯20％，Zn≯5％，As≯1％的各种硫化铜矿。

本发明的制备方法是将硫化铜矿先在装有氯化铜浸出剂的还原槽中进行还原浸出。浸出后将矿浆过滤，滤液放入装有离子交换阴膜的隔膜电解槽的阴极区，电积制取电解铜；而将滤渣放入盛有氯化铜溶液的阳极区被阴极区经离子交换阴膜选择透过的氯离子浸出，产生阳极液和渣。这种阳极液经过滤后再返回还原浸出槽中重复上述过程。其主要化学反应(原料矿物以辉铜矿为例)如下：

还原浸出：

阳极区电氯化浸出：

阴极区电积：

还原浸出在呋喃玻璃钢衬里的流态化搅拌槽中进行，蒸汽加热。根据原料品位的不同，氯化铜浸出剂的主要成分为：Cu²⁺60-90g/L，Fe³⁺8-12g/L，CL^-150-350g/L，H⁺0.3-0.8mol/L；浸出温度80-110℃，液固比(3-8)∶1；浸出终酸控制PH＝1.5-3.0。还原浸出的矿浆趁热过滤，滤液加入电解槽的阴极区，滤渣经热的含酸氯化钠溶液逆流洗涤后加入阳极区。

电解槽采用电阻小，选择透过性能好的离子交换阴膜隔离成阳极区和阴极区，材质为呋喃玻璃钢，结构如附图1所示。可以根据生产规模将单体电解槽组合成所需的系列。阳极区矿浆用底部设置的射流式泵搅拌，蒸汽加热。

图1为本发明采用的电解槽，它由呋喃玻璃钢槽(1)，阳极区(2)，膜架(3)，阴极区(4)，离子交换阴膜(5)，溢流管(6)，进液管(7)，射流搅拌器(8)所组成。同极区液体(或矿浆)的循环流动采用上进下出方式(如图中虚线所示部分)。

根据原料性质的不同，控制电解的技术条件为：阳极区：液固比(4-8)∶1，H⁺0.5-1mol/L，CL^-150-2503/L；阳极用石墨制作；电流密度D_A＝150-350A/M²。渣含铜低于0.5％，总浸出率大于98.5％；阴极区：∑Cu(一价铜和二价铜的总量)25-110g/L，Cu⁺/∑Cu＞90％，Fe²⁺＜8g/L，D_k＝100-150A/M²，V_槽＝1.2-1.8V，用始极铜片作阴极。电解铜表面致密，光亮，化学成分达GB466-82一级标准。阴极电流效率85-90％，直流电耗600-900Kwh/T_Cu。

本发明与已有技术相比，有以下优点：

(1)直接采用由离子交换阴膜选择透过的氯离子作浸出剂，氧化电位高，渣含铜易降至0.5％以下，同时无浸出剂的再生过程；

(2)由于采用电阻小，选择透过性能好的离子交换阴膜做隔膜，可保证阴极区直接电积一价铜获得电解铜产品；

(3)还原浸出时控制溶液的PH值可达到同时除去Fe、As杂质，保证了阴极溶液的质量；

(4)工艺流程简单，在电解槽中电积与浸出在不同区域同时进行，综合能耗低；

(5)一种e要用了离子交换阴膜作为隔膜的电解槽，大大地提高了浸出率及电流效率。

实例1：

取含Cu29.8％，Fe22.15％，S30.18％，粒度小于0.88mm的硫化铜精矿300g，用组成为Cu²⁺72.5g/LFe³⁺10.2g/L，CL^-287g/L，H⁺0.5mol/L的氯化铜浸出剂(相当阳极区矿经电氯化浸出后的浸出液成分)，在2L三口烧瓶内还原浸出，控制温度103±1℃，液固比＝5，浸出液经过滤后加入阴极区，滤渣经洗涤后加入阳极区浸出。阳极区浸出的条件为：液固比＝5，CL^-287g/L，H⁺0.5mol/L，D_A205A/M²，温度80±2℃；阴极区电积的条件是D_k＝120A/M²，槽电压1.3-1.7V，时间24h。电解24h后，阳极区渣含铜达0.43％，阴极产电解铜89g(除掉始极片重量)，表面致密光亮，化学成分中Cu99.96％，达GB466-82一级电解铜标准，阴极电流效率86.37％，直流电耗733Kwh/T_Cu。

实例2：

取含Cu12.38％，Pb17.45％，Zn4.5％，S22.08的多金属硫化铜矿300g，粒度小于0.88mm，用组成为Cu²⁺64.3g/L，Fe³⁺8.33g/L，CL^-218g/L，H⁺0.3mol/L的氯化铜浸剂进行还原浸出，浸出液趁热过滤，滤液经冷却结晶分离出PbCL₂固体后送入电解槽的阴极区；还原浸出渣送入电解槽之阳极区，阳极区浸出的条件为：液固比＝6，CL^-218g/L，H⁺0.5mol/L，D_A155A/M²，温度78±1℃；阴极区电积的条件是D_k＝90A/M²，槽电压1.1-1.5V，时间24h。其结果阳极区渣含铜Cu0.47％，阴极得电解铜36.96g(除去始极铜片量)，表面致密光亮，化学成分99.95％Cu，达GB466-82中一级电解铜标准，阴极电流效率88.4％，直流电耗620Kwh/T_Cu。

Claims (4)

1、一种用于硫化铜矿制取电解铜的电解槽，包括呋喃玻璃钢槽(1)、阳极区(2)、膜架(3)、阴极区(4)、溢流管(6)、进液管(7)，其特征在于：

a、所述电解槽的阳极区和阴极区之间采用离子交换阴膜(5)予以隔离；

b、在所述电解槽的阳极区的底部设置有射流搅拌器(8)。

2、一种硫化铜矿制取电解铜的方法，其特征在于：

a、硫化铜矿先在装有氯化铜浸出剂的还原槽中进行还原浸出，滤出矿渣及浸出液；

b、将还原浸出的浸出液放入权利要求1所述的装有离子交换阴膜的电解槽的阴极区，电积制取电解铜；

c、将还原浸出的滤渣放入盛有氯化铜溶液的阳极区被阴极区经离子交换阴膜选择透过的氯离子浸出，产生阳极液和渣；这种阳极液经过滤后再返回还原浸出槽中重复上述过程。

3、根据权利要求2所述的一种硫化铜矿制取电解铜的方法，其特征在于控制还原浸出的技术条件为：

a、硫化铜矿的处理粒度＜0.88mm，且其含Pb≯20％Zn≯5％，As≯1.0％；

b、浸出剂的主要成分为：

Cu²⁺60-90g/L，Fe³⁺8-12g/L，

CL-150-350g/L，

H⁺0.3-0.8mol/L

c、浸出温度为80-110℃，液固比为(3-8)∶1，浸出终酸控制在PH＝1.5-3.0之间。

4、根据权利要求2所述的一种硫化铜矿制取电解铜的方法，其特征在于控制电解的技术条件为：

a、阳极区：液固比(4-8)∶1，H⁺0.5-1.0mol/L，CL^-150-250g/L，石墨阳极，D_A＝150-350A/M²

b、阴极区：∑Cu25-110g/L，Cu⁺＞90％，铜片阴极，D_k＝100-150A/M²，V_槽＝1.2-1.8V。