CN103668323B - 一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，属于二次资源综合利用技术领域。首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解直至铜离子的浓度降低至15~25g/L时开始进行两段电积，此时在阴极上获得铜；将铜离子浓度降低至1g/L以下的电解液除杂后进行镍电积，以石墨为阳极、不锈钢为阴极，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍。本方法充分利用电解精炼过程中铜、镍的电势电位差，对铜镍复杂阳极进行分级电解回收铜、电积法回收镍，以获得高纯阴极铜和阴极镍，工艺简单，具有较好的工业应用前景。

Description

一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法
技术领域
本发明涉及一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，属于二次资源综合利用技术领域。
背景技术
中国镍供给有两个部分组成，一部分是新产镍精矿供应，这部分占镍总供给量的72.9%，另一部分来自再生镍占27.1%，随着经济建设和钢铁工业的发展，镍的需求量不断增加。2010年预计中国镍消费量达到40万吨/年以后，中国成为世界最大的镍消费国。2010年中国镍金属基础储量只有230万吨左右，2010-2013年来中国镍矿勘探没有重大进展，如果就按照这样消费下去的话，10年后中国的镍矿资源将逐渐消耗殆尽，铜资源状况与之类似。缓解我国铜、镍资源的资源压力，需加大对二次资源的利用效率。
同时镍铜合金废料在逐年增加，主要包括机械加工时产生的废料、冶炼过程中产生的废料、工业部门中损坏的合金构件和零件等。另外，目前国内市场上流通的镍-铜合金废料大部分从日本、韩国和中国的台湾等地购入，是电子元件厂产出的废料，其化学成分以镍、铜为主，加强对此的资源化利用无疑对缓解我国镍、铜资源压力有较为积极的作用。但目前关于此合金废料的利用方式为分类后合金制作工艺中作为合金元素添加剂加入，利用率偏低且经济性表现差。
本发明借鉴复杂铜原料电解精炼的思想，提出镍铜基合金浇铸成复杂阳极电解-分段电积工艺回收其中镍、铜并制得阴极铜和阴极镍的新思路，并采用电积脱铜除杂的方法，获得高纯阴极镍。电解法除杂是利用溶液中杂质离子与主金属离子电化学性质的差异，在一定条件下电解，杂质离子在阴极上优先析出而使杂质与主金属分离。镍电解阳极液是复杂的混合酸体系，在镍电解生产过程中，为防止铜在电解过程中与镍一起在阴极上析出，必须在阳极液净化过程中除去杂质铜。电解法对镍电解阳极液进行直接电解净化除铜处理不引入任何有害新杂质，净化产物为纯铜粉易于处理，有利于降低净化除铜成本和简化镍电解生产现有流程；并且可以在常温下进行，有利于镍电解工业节能。
专利申请号为201310455464.7提供“一种从镍铁铜合金废料中回收铜、镍的方法”，该方法首先将镍铁铜合金废料升温得到熔融态镍铁铜合金废料，然后加入造渣剂并喷入氧化气体，得到金属液和渣；然后将金属液浇铸成可溶性阳极，最后一段电解精炼回收铜，将已回收铜的电解液除铜后电沉积镍。该方法中一段电解精炼铜的过程中为防止镍电解出来，需间歇性补充Cu2+，使电解液Cu2+离子浓度维持在20～80g/L，且在电沉积镍之前必须将电解液中的Cu2+除去，因此工艺较复杂和繁琐，消耗的Cu2+试剂较多，成本较高。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法。本方法充分利用电解精炼过程中铜、镍的电势电位差，对铜镍复杂阳极进行分级电解回收铜、电积法回收镍，以获得高纯阴极铜和阴极镍，工艺简单，具有较好的工业应用前景，本发明通过以下技术方案实现。
一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解，电解过程中，控制槽电压为2.0~2.8V直至铜离子的浓度降低至15~25g/L时获得一级电解液开始一段电积，此时在阴极上获得铜；
（2）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（1）得到的一级电解液中控制槽电压为1.8~2.2V直至铜离子的浓度降低至7~10g/L时获得二级电解液开始二段电积，此时在阴极上获得铜；
（3）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（2）得到二级电解液中控制槽电压为1.6~1.9V直至铜离子的浓度降低至1g/L以下获得三级电解液，此时在阴极上获得铜，上述电解及两段电积过程中都控制电解液的温度保持60~70℃；
（4）将步骤（3）得到的三级电解液除杂后为电解液，以石墨为阳极、不锈钢为阴极进行电积镍，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍。
所述含铜镍物料来自含铜镍的工业废料、合金或化工废液。
所述步骤（1）浇铸成的铜镍复杂阳极板包括以下质量百分比组分：铜10~98%、镍2~90%。
所述硫酸铜-硫酸-盐酸体系电解液开始时的铜离子浓度为40~50g/L。
上述步骤（1）中火法熔融温度为1500~1650℃。
上述步骤（1）中除杂的过程为：氧化造渣法，即将含铜镍物料于高温熔融状态下，加入石英石、石灰石等进行造渣，并适当提高熔池氧势，使其中亦氧化杂质部分造渣除去。
上述步骤（4）中三级电解液除杂过程为：硫化沉淀法。
上述步骤（4）中控制槽电压为2.2~2.8V，电解液温度为40~70℃。
上述步骤（4）中电积镍阴极周期为7~10天。
本发明的有益效果是：（1）通过火法富集将含铜镍废料浇铸成阳极板，并进行分布电解和电积处理，实现了二次资源的有效回收利用；（2）利用电解精炼过程中铜、镍的电势电位差，对铜镍复杂阳极进行分级电解回收铜、电积法回收镍，工艺流程较短，操作简单易行，具有较大的工业应用前景。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解，电解过程中，控制槽电压为2.0V直至铜离子的浓度降低至15g/L时获得一级电解液开始一段电积，此时在阴极上获得铜，其中铜镍复杂阳极板包括以下质量百分比组分：铜10%、镍90%，火法熔融温度为1500℃，硫酸铜-硫酸-盐酸体系电解液开始时的铜离子浓度为40g/L；
（2）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（1）得到的一级电解液中控制槽电压为1.8V直至铜离子的浓度降低至7g/L时获得二级电解液开始二段电积，此时在阴极上获得铜；
（3）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（2）得到二级电解液中控制槽电压为1.6V直至铜离子的浓度降低至1g/L以下获得三级电解液，此时在阴极上获得铜，上述电解及两段电积过程中都控制电解液的温度保持60℃；
（4）将步骤（3）得到的三级电解液除杂后为电解液，以石墨为阳极、不锈钢为阴极进行电积镍，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍，其中控制槽电压为2.2V，电解液温度为40℃，电积镍阴极周期为7天。
上述步骤（1）中除杂的过程为：氧化造渣法，即将含铜镍物料于高温熔融状态下，温度为1500℃，加入石灰石、二氧化硅等进行造渣，熔池中鼓入氧气提高熔池氧势进行氧化造渣，使其中易氧化杂质部分造渣除去。
上述步骤（2）中除杂的过程为：硫化沉淀法。
经分析检测，上述阴极铜含铜的质量百分比为99.97%，阴极镍的含镍质量百分比为99.93%
实施例2
如图1所示，该电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解，电解过程中，控制槽电压为2.8V直至铜离子的浓度降低至25g/L时获得一级电解液开始一段电积，此时在阴极上获得铜，其中铜镍复杂阳极板包括以下质量百分比组分：铜98%、镍2%；火法熔融温度为1650℃；硫酸铜-硫酸-盐酸体系电解液开始时的铜离子浓度为50g/L；
（2）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（1）得到的一级电解液中控制槽电压为2.2V直至铜离子的浓度降低至10g/L时获得二级电解液开始二段电积，此时在阴极上获得铜；
（3）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（2）得到二级电解液中控制槽电压为1.9V直至铜离子的浓度降低至1g/L以下获得三级电解液，此时在阴极上获得铜，上述电解及两段电积过程中都控制电解液的温度保持70℃；
（4）将步骤（3）得到的三级电解液除杂后为电解液，以石墨为阳极、不锈钢为阴极进行电积镍，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍，其中控制槽电压为2.8V，电解液温度为70℃，电积镍阴极周期为10天。
上述步骤（1）中除杂的过程为：氧化造渣法，即将含铜镍物料于高温熔融状态下，温度为1650℃，加入石灰石、二氧化硅等进行造渣，熔池中鼓入氧气提高熔池氧势进行氧化造渣，使其中易氧化杂质部分造渣除去。
上述步骤（2）中除杂的过程为：硫化沉淀法。
经分析检测，上述阴极铜含铜的质量百分比为99.993%，阴极镍的含镍质量百分比为99.97%
实施例3
如图1所示，该电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解，电解过程中，控制槽电压为2.6V直至铜离子的浓度降低至20g/L时获得一级电解液开始一段电积，此时在阴极上获得铜，其中铜镍复杂阳极板包括以下质量百分比组分：铜20%、镍80%；火法熔融温度为1550℃；硫酸铜-硫酸-盐酸体系电解液开始时的铜离子浓度为45g/L；
（2）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（1）得到的一级电解液中控制槽电压为2.0V直至铜离子的浓度降低至8g/L时获得二级电解液开始二段电积，此时在阴极上获得铜；
（3）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（2）得到二级电解液中控制槽电压为1.8V直至铜离子的浓度降低至1g/L以下获得三级电解液，此时在阴极上获得铜，上述电解及两段电积过程中都控制电解液的温度保持65℃；
（4）将步骤（3）得到的三级电解液除杂后为电解液，以石墨为阳极、不锈钢为阴极进行电积镍，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍，其中控制槽电压为2.7V，电解液温度为55℃，电积镍阴极周期为8天。
上述步骤（1）中除杂的过程为：氧化造渣法，即将含铜镍物料于高温熔融状态下，温度为1550℃，加入石灰石、二氧化硅等进行造渣，熔池中鼓入氧气提高熔池氧势进行氧化造渣，使其中易氧化杂质部分造渣除去。
上述步骤（2）中除杂的过程为：硫化沉淀法。
经分析检测，上述阴极铜含铜的质量百分比为99.96%，阴极镍的含镍质量百分比为99.97%。

Claims (4)

1.一种电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将含铜镍物料经火法熔融除杂后浇铸成铜镍复杂阳极板，然后以铜镍复杂阳极板为阳极，不锈钢为阴极，硫酸铜-硫酸-盐酸体系为电解液进行电解，电解过程中，控制槽电压为2.0~2.8V直至铜离子的浓度降低至15~25g/L时获得一级电解液开始一段电积，此时在阴极上获得铜；
（2）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（1）得到的一级电解液中控制槽电压为1.8~2.2V直至铜离子的浓度降低至7~10g/L时获得二级电解液开始二段电积，此时在阴极上获得铜；
（3）以复合氢板为阳极、不锈钢为阴极，在步骤（2）得到二级电解液中控制槽电压为1.6~1.9V直至铜离子的浓度降低至1g/L以下获得三级电解液，此时在阴极上获得铜，上述电解及两段电积过程中都控制电解液的温度保持60~70℃；
（4）将步骤（3）得到的三级电解液除杂后为电解液，以石墨为阳极、不锈钢为阴极进行电积镍，阴极周期结束后即能在阴极上得到镍，其中控制槽电压为2.2~2.8V，电解液温度为40~70℃，电积镍阴极周期为7~10天。
2.根据权利要求1所述的电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其特征在于：所述含铜镍物料来自含铜镍的工业废料、合金或化工废液。
3.根据权利要求1所述的电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其特征在于：所述步骤（1）浇铸成的铜镍复杂阳极板包括以下质量百分比组分：铜10~98%、镍2~90%。
4.根据权利要求1所述的电解-分段电积法处理含铜镍物料的方法，其特征在于：所述硫酸铜-硫酸-盐酸体系电解液开始时的铜离子浓度为40~50g/L。
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