CN104562082A - 一种废铜溶解制备含铜溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废铜溶解制备含铜溶液的方法，该方法使用高效旋流常温溶铜装置制备含铜溶液，其包括以下步骤：通过投料口将铜料投放到旋流反应器的铜料堆放区；通过臭氧发生器将臭氧输送到气液乳化混合器并通过防腐进液泵将硫酸溶液泵送到气液乳化混合器从而由气液乳化混合器将臭氧和硫酸进行乳化混合；将经气液乳化混合器混合后的气液混合体沿旋流反应器的切线方向喷射到旋流反应器中，与铜料进行反应；在反应过程中通过废气抽气口抽出反应过程中产生的酸性气体、水蒸汽和空气；在反应后，通过溢流出液口流出反应制得的含铜溶液，并通过废渣出口排出反应后过滤得到的废渣。该方法节能、高效、操作简单、氧化速度快、反应时间段、且废气排放少。

Description

一种废铜溶解制备含铜溶液的方法

技术领域

本发明属于电解液造液技术领域，涉及一种用于海绵铜、废紫铜、废黄铜、铜箔、废铜线等富铜原料的溶解从而制备含铜溶液的方法，尤其涉及一种能够在常温下实现上述富铜原料的高效溶解从而制备含铜溶液的方法。

背景技术

溶铜工序也称为电解液制备，是电解铜(电解铜箔)生产的关键工序，目的是将铜料溶解成硫酸盐溶液，以供给后续电解生产工序。由于Cu²⁺/Cu的标准电极电位为0.337V，一般情况下单质铜很难从硫酸溶液中置换出氢离子生成硫酸铜溶液，所以一般采用氧化溶浸的方法：Cu+1/2O²+H₂SO⁴＝Cu²⁺+SO₄ ^2-+H₂O。采用这种方法，首先将经过清洗的铜料及硫酸、水加入到具有溶解能力的溶铜罐中，向内鼓入压缩空气，加热到60～85℃条件下使铜发生氧化，生成氧化铜与硫酸发生反应，生产硫酸铜水溶液。

目前，电解铜溶铜工艺中，一般是常压下利用蒸汽为溶铜罐提供热量进行溶铜，溶铜方式有高温溶铜(溶铜温度75℃以上)和低温溶铜(溶铜温度65℃以下)这两种。但是，这种方式各有优缺点，其中，高温溶铜法溶铜速率快，但能耗大；低温溶铜法能耗小，但溶铜速率低。

因此，目前急需为硫酸铜溶液的生产工艺提供一种新的工艺方法，使其能在常温情况下实现铜金属的快速溶解，从而达到提高生产效率，降低能耗的目的。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能够集合多种技术特点和优势的新型溶铜方法，其具有简单、低能耗、高效环保、便于操作、生产成本低等特点。

为此，本发明提供如下技术方案：一种废铜溶解制备含铜溶液的方法，该方法使用高效旋流常温溶铜装置制备含铜溶液，所述高效旋流常温溶铜装置包括旋流反应器、防腐进液泵、多个气液乳化混合器、过滤分离器和臭氧发生器，其中，每个所述气液乳化混合器都与所述防腐进液泵和所述臭氧发生器相连，并且经所述气液乳化混合器混合后的气液混合体通过喷嘴沿所述旋流反应器的切线方向喷射到所述旋流反应器中，所述过滤分离器设置在所述旋流反应器的中心，所述旋流反应器呈圆筒形的密封结构，其底部设置有废渣出口，顶部设置有投料口，与所述过滤分离器相对的顶部设置有废气抽气口，侧壁的上部设置有溢流出液口内部设置有铜料堆放区，所述铜料堆放区用于堆放铜料，所述方法包括以下步骤：(1)通过所述投料口将铜料投放到所述旋流反应器的铜料堆放区；(2)通过所述臭氧发生器将臭氧输送到所述气液乳化混合器并通过所述防腐进液泵将硫酸泵送到所述气液乳化混合器从而由所述气液乳化混合器将所述臭氧和硫酸进行乳化混合；(3)将经所述气液乳化混合器混合后的气液混合体沿所述旋流反应器的切线方向喷射到所述旋流反应器中，与所述铜料进行反应；(4)在反应过程中通过所述废气抽气口抽出反应过程中产生的酸性气体、水蒸汽和空气；(5)在反应后，通过所述溢流出液口倒出反应制得的含铜溶液，并通过所述废渣出口排出反应后过滤得到的废渣。

进一步地，其中，所述旋流反应器的底部呈锥形，且其由不锈钢、钛材或工程塑料制成。

更进一步地，其中，所述旋流反应器的直径为50-6000mm，高度为1000-6000mm。

再进一步地，其中，所述过滤分离器采用316L不锈钢网或钛网制成。

此外，其中，所述防腐进液泵为化工流程泵或磁力泵。

与已有的产生硫酸铜溶液的溶铜方法相比，本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法具有如下显著优点：

1、在反应过程中溶液和物料自动搅拌，反应速度快；同时，在反应过程中，溶解废物被过滤分离，且能实现自动收集；

2、使用臭氧和空气的混合气体作为氧化剂，氧化剂自动吸入，高效安全；

3、溶液与气体充分乳化混合，氧利用率高，溶铜速度快；

4、所使用的装置占地面积小、效率高、操作简单、连续运行；

5、无废气排放，现场操作环境好，安全、环保，劳动强度低；

6、溶铜过程不用加热，常温运行，能耗低，生产成本低。

附图说明

图1是本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法中所使用的高效旋流常温溶铜装置的示意图。

图2是本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法的流程图。

其中，1、旋流反应器；2、防腐进液泵；3、气液乳化混合器；4、过滤分离器；5、臭氧发生器；6、废渣出口；7、投料口；8、废气抽气口；9、溢流出液口；10、铜料堆放区。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不是对本发明的保护内容的限制。

本发明涉及一种废铜溶解制备含铜溶液的方法，主要用于铜电解液造液，其是一种节能、高效、耐腐蚀、操作简单、氧化速度快、反应时间短、废气排放少的溶铜方法，具有提高溶解速度，常温溶解降低能耗、降低生产成本等重要意义，是一种环保、高效率、低消耗、低造价、操作管理方便的新型溶铜方法。

与现有技术相比，本发明所述的废铜溶解制备含铜溶液的方法是一种臭氧低温溶铜工艺，它利用了臭氧的强氧化性和化学反应放热，可以实现在低温情况下快速起动溶铜反应，后续反应自动放热，进一些提高溶铜速率，可完全实现溶铜快速自热反应。

在介绍本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法之前，先介绍该方法中所使用的高效旋流常温溶铜装置。图1示出了本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法中所使用的高效旋流常温溶铜装置的示意图。如图1所示，所述高效旋流常温溶铜装置包括旋流反应器1、防腐进液泵2、多个气液乳化混合器3、过滤分离器4和臭氧发生器5。

在本发明中，所述过滤分离器4呈环型结构，置于所述旋流反应器1中部。优选地，所述过滤分离器4可以采用316L不锈钢网或钛网进行制作。此外，根据溶解物料的颗粒和杂质的成分，来确定网孔的大小，以保证能够滤除反应的杂质且不影响反应的进行。通过所述过滤分离器4，可以过滤掉反应过程中产生的杂质，确保制造的硫酸铜的质量。

在本发明中，所述旋流反应器1呈封闭圆筒形，优选地，根据置换介质温度、酸度、腐蚀性、铜料的形状及生产产量的不同，所述旋流反应器1的直径可以为50-6000mm，高度可以为1000-6000mm。在本发明中，更优选地，所述旋流反应1的底部呈锥形，从而方便杂质的汇聚和收集。此外，根据反应介质的不同，所述旋流反应器1可由不锈钢、钛材、工程塑料及其它非金属材质制成。如图1所示的那样，所述旋流反应器1的底部设置有废渣出口6，溶铜反应后的废渣经所述过滤分离器4过滤之后由所述废渣出口6排出所述旋流反应器1。所述旋流反应器1的顶部设置有投料口7，优选为设置有多个投料口7，从而便于将反应用的铜料投放到所述旋流反应器1中。所述旋流反应器1的与所述过滤分离器4相对的顶部设置有废气抽气口8。所述废气抽气口8用于将反应产生的酸性气体、水蒸汽和空气抽出，进入尾气吸收装置，从而防止所述旋流反应器1中的酸性气体污染现场环境。此外，所述旋流反应器1的侧壁的上部设置有溢流出液口9，通过所述溢流出液口9将反应所得到的溶铜溶液从所述旋流反应器1内排出。所述旋流反应器1的内部设置有铜料堆放区10，所述铜料堆放区10用于堆放铜料。

继续参考图1，每个所述气液乳化混合器3都与所述防腐进液泵2和所述臭氧发生器5相连。所述防腐进液泵2用于泵送硫酸溶液。在本发明中，优选地，所述防腐进液泵2采用耐酸的化工流程泵或磁力泵，最优选地，选用磁力泵。所述臭氧发生器5是用于制取臭氧气体(O₃)的装置，采用高压放电式发生器，该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大(单机可达1Kg/h)等优点。臭氧的氧化能力极强，在常温条件下与铜料接触即可快速将铜氧化成氧化铜，所述氧化铜与硫酸反应，生产硫酸铜。所述气液乳化混合器3是利用射流负压原理发展起来的一种多用途气液乳化混合装置，经所述防腐进液泵2泵送过来的硫酸和经所述臭氧发生器5输送过来的臭氧在所述气液乳化混合器3中形成气液乳化混合体，然后再排出。其中，气体与液体在所述气液乳化混合器3中充分溶解，溶解效率可达80～100％。臭氧和硫酸经所述气液乳化混合器3混合后的气液混合体通过多个喷嘴沿所述旋流反应器1的切线方向喷射到所述旋流反应器1中。多个喷嘴的出液口与旋流反应器1采用切线进液方式，兼顾反应和搅拌的双重作用，使得铜料能边被搅拌边反应，从而提高反应效率。

图2示出了本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法的流程图。如图2所示，在本发明的废铜溶解制备含铜溶液的方法中，首先通过所述投料口7将铜料投放到所述旋流反应器1的铜料堆放区10中，然后关闭所述投料口7、废渣排出口6和废气抽气口8。接着，所述臭氧发生器5产生臭氧并将臭氧输送到所述气液乳化混合器3中；同时通过所述防腐进液泵2将储液罐中的硫酸泵送到所述气液乳化混合器3中，并使所述臭氧和硫酸在所述气液乳化混合器3中进行充分溶解。然后，将经所述气液乳化混合器3混合后的气液混合体从所述旋流反应器1的侧部分多路以切线方向旋流进入所述旋流反应器1中，与所述铜料进行反应。在气液混合体进入所述旋流反应器1中时，由于是沿着所述旋流反应器1的切线方向进入，所以会利用流体压力产生旋转运动。当富含臭氧和氧气的硫酸溶液以一定的速度进入所述旋流反应器中时，含臭氧和氧气的硫酸溶液在所述旋流反应器中做回转运动，臭氧和氧气与旋流反应器中堆放的铜料充分接触，生成氧化铜，然后硫酸溶液与所述氧化铜发生化学反应生成硫酸铜溶液。由于旋转水流的冲刷作用，所述旋流反应器中的溶液和铜料被充分搅动，同时，因为不同位置溶液的线速度差异，溶液中的杂质在水流的带动下，向所述旋流反应器的中心部分运动，并在自身重力的共同作用下，沿所述旋流反应器中心的过滤分离器螺旋向下运动，最终由废渣排出口排出。同时，在反应过程中通过所述废气抽气口8抽出反应过程中产生的酸性气体和空气，从而防止旋流反应器中的铜料被氧化，影响反应效果。反应后制得的含铜溶液通过所述溢流出液口9排出，废渣通过所述废渣出口6排出。其中，所述过滤分离器起到阻挡过滤铜料和过滤杂质的作用。

在本发明所述的废铜溶解制备含铜溶液的方法中，溶液采用多组旋流方式进液，在保证反应的动力过程的同时，实现溶液的自动搅拌和溶解废物旋流过滤分离自动收集，降低搅拌能耗，简化操作流程。此外，在本发明所述的高效旋流常温溶铜装置中，通过气液乳化混合器，实现溶液与气体(臭氧)的乳化混合，最大限度地提高氧的利用率。而且，在本发明所述的高效旋流常温溶铜装置中，利用臭氧和空气的混合气体作为氧化剂，在常温下实现快速溶铜，能耗低，生产成本低。最后，本发明中使用的高效旋流常温溶铜装置中采用的是密封结构，酸性气体、水蒸汽和空气抽出，进入尾气吸收装置，从而防止所述旋流反应器1中的酸性气体污染现场环境，达到减少环境污染的效果。同时，本发明的全套工艺方法可实现全自动控制，工人劳动强度低，现场操作环境好。

具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种废铜溶解制备含铜溶液的方法，该方法使用高效旋流常温溶铜装置制备合同溶液，所述高效旋流常温溶铜装置包括旋流反应器(1)、防腐进液泵(2)、多个气液乳化混合器(3)、过滤分离器(4)和臭氧发生器(5)，其中，每个所述气液乳化混合器(3)都与所述防腐进液泵(2)和所述臭氧发生器(5)相连，并且经所述气液乳化混合器(3)混合后的气液混合体通过喷嘴沿所述旋流反应器(1)的切线方向喷射到所述旋流反应器(1)中，所述过滤分离器(4)设置在所述旋流反应器(1)的中心，所述旋流反应器(1)呈圆筒形的密封结构，其底部设置有废渣出口(6)，顶部设置有投料口(7)，与所述过滤分离器(4)相对的顶部设置有废气抽气口(8)，侧壁的上部设置有溢流出液口(9)，内部设置有铜料堆放区(10)，所述铜料堆放区(10)用于堆放铜料，所述方法包括以下步骤：

(1)通过所述投料口(7)将铜料投放到所述旋流反应器(1)的铜料堆放区(10)；

(2)通过所述臭氧发生器(5)将臭氧输送到所述气液乳化混合器(3)并通过所述防腐进液泵(2)将硫酸溶液泵送到所述气液乳化混合器(3)从而由所述气液乳化混合器(3)将所述臭氧和硫酸溶液进行乳化混合；

(3)将经所述气液乳化混合器(3)混合后的气液混合体沿所述旋流反应器(1)的切线方向喷射到所述旋流反应器(1)中，与所述铜料进行反应；

(4)在反应过程中通过所述废气抽气口(8)抽出反应过程中产生的酸性气体、水蒸汽和空气；

(5)在反应后，通过所述溢流出液口(9)流出反应制得的合铜溶液，并通过所述废渣出口(6)排出反应后过滤得到的废渣。

2.如权利要求1所述的废同溶解制备含铜溶液的方法，其中，所述旋流反应器(1)的底部呈锥形，且所述旋流反应器(1)由不锈钢、钛材或工程塑料制成。

3.如权利要求2所述的废铜溶解制备含铜溶液的方法，其中，所述旋流反应器(1)的直径为50-6000mm，高度为1000-6000mm。

4.如权利要求3所述的废铜溶解制备含铜溶液的方法，其中，所述过滤分离器(4)采用316L不锈钢网或钛网制成。