CN109778230B - 一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有色金属冶金领域，具体涉及一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法。该方法包括以下步骤：S1.浇板：在熔融条件下将高铅冰铜浇铸成阳极板；S2.电解：将步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为阴极板，所述电解液为硅氟酸溶液和硅氟酸铅溶液，通电进行电解，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅，阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉。本发明对熔析出除铜渣直接进行浇铸成极板，在硅氟酸铅体系中进行铅的电积分离，产出金属铅和以硫化亚铜为主体成份的阳极泥，可送往铜冶炼厂进一步回收有价金属，具有流程短、分离彻底的优点。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶金技术领域，更具体地，涉及一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法。
背景技术
炼铅除铜渣是炼铅过程的副产品，主要由火法炼铅过程中加硫除铜而得，其主要成分是金属铅、硫化铅、硫化亚铜、硫化锌、硫化亚铁等，同时还含有一定有贵金属银、金和铟等元素，具有较高的回收价值。目前除铜渣主要通过火法工艺进行回收，在转炉或反射炉中吹炼，依次得到粗铜、粗铅和吹炼渣，主要问题是流程长、操作成本高、金属回收率低。中国专利CN103320614A一种铅冰铜火法处理工艺和中国专利CN106011497A均采用了火法工艺进行铅冰铜的回收，加入纯碱和焦炭进行火法熔炼回收粗铅和冰铜，由于除铜渣的产出量少、火法处理成本高，而导致火法处理的设备的利用率低、环境和经济效益差。
湿法回收主要采用常压/加压浸出-选择性分离的方法，即采用氨或酸作为浸出剂使除铜渣中有价金属全部进入溶液，再从中选择性分离有价金属，中国专利CN108642285公开了一种再生铅行业铅冰铜的综合回收工艺和中国专利CN106756045A一种铅冰铜中浸出铜的方法，均属于此类方法，此类方法在应用过程中存在加压浸出危险性、废水量大、浸出液回收流程长等问题。中国专利CN104087971A公开了一种铅冰铜的处理方法，该方法在硫酸-氯盐体系中直接进行矿浆电解，分离出海绵铜和含铅浸出渣，具有流程短的优势，但其中占主要成份的铅在处理过程中并没有得到回收，分离不彻底。
发明内容
本发明针对现行高铅冰铜火法处理成本高、环境效益差、设备利用率低及现行湿法工艺流程长、废水量大等问题，提供一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，对熔析出除铜渣进行浇铸成极板，在硅氟酸铅体系中进行铅的电积分离，产出金属铅和以硫化亚铜为主体成份的阳极泥，阳极泥送往铜冶炼厂进一步回收有价金属，具有流程短、分离彻底的优点。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，包括以下步骤：
S1.浇板：在熔融条件下将高铅冰铜浇铸成阳极板；
S2.电解：将步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为阴极板，所述电解液为硅氟酸溶液和硅氟酸铅溶液，通电进行电解，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅，阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用。
本发明方法针对高铅冰铜的原料特性，采用直接电解分离，通过对工艺条件创造性调整，达到铅与铜、铁、锌的硫化物的彻底分离。
为了充分利用了熔体的潜热，而不需另外的加热和细磨处理等高能耗过程，本发明优选在粗铅火法精炼过程中放渣环节，直接将从铅精炼锅中待放出的除铜渣(即高铅冰铜)直接放入板模中，浇铸成阳极板，这种阳极板冷却后可直接放入电解槽进行电解铅。
本发明在第一步制成高铅冰铜阳极板之后，直接在标准电解槽中进行高铅冰铜阳极板的电解分离，在硅氟酸溶液中，阳极主要发生金属铅的溶解，而以硫化物形式存在的铜锌铁等均不会溶解，同时金银等金属因电极电位分别达+1.5V、+0.8V，远高于铅的-0.13V，因此他们均不会溶解成离子态，随着金属铅的不断溶解，这些不溶物均会沉入阳极底部，形成阳极泥；溶解的铅迁移到阴极得到电子而以金属态形式析出，从而完成金属铅与硫化物的分离。
优选地，所述高铅冰铜的成分为Pb：＞50％；Cu2S：＜30％；FeS：＜13％；ZnS：＜8；Ag：0.01～0.1％；Au：1～5g/t。
为了保证电解周期不会太短而降低生产效率，本发明优选在步骤S1过程中，所述浇铸阳极板长×宽为780mm×660mm，每块所述阳极板重量为110kg。
本发明在步骤S2电解过程中，主要发生以下反应：
阳极：Pb-2e-＝Pb2+
4OH--4e-＝O2(g)+2H2O
2SiF6 2-+2H2O-4e-＝2H2SiF6+O2(g)
阴极：Pb2++2e-＝Pb
2H++2e-＝H2(g)
步骤S2的电解产物包括阴极铅和阳极泥，阳极泥中主要为铜铁锌的硫化物，铅与铜分离彻底。
优选地，步骤S2中所述电解液含铅50～100g/L，进一步优选为60～80g/L。
为了保证共存金属的稳定存在而不溶解，电解液需要适宜的酸度，本发明优选步骤S2中所述电解液中游离硅氟酸浓度为40～90g/L，进一步优选为60～90g/L。
优选地，步骤S2所述电解液循环量为25～50L/min。在该电解液循环量下，可有效消除浓差极化而带来的影响，同时保证有效的电能利用。
优选地，步骤S2所述电解液温度30～50℃。
因为高铅冰铜中铅的含量较低，溶液中游离铅的浓度难以达到电铅生电的120g/L以上，本发明为了保证杂质金属的不溶解和金属铅在阴极的温和析出，采用低电解电流密度，优选地，步骤S2电解过程所述电流密度为100～160A/m2；进一步优选为120～150A/m2。同时，采用低的电流密度防止了高电流密度引起极化严重和电能浪费。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明创造性的在粗铅火法精炼过程的放渣环节将高铅冰铜直接浇铸成阳极板，充分利用了熔融体的潜热，取消高铅冰铜的预处理环节，不需另外的加热和细磨处理等高能耗过程，在阳极板冷却后可直接放入电解槽进行电解工艺。
(2)本发明与现有生产系统衔接良好，所得阴极铅如含量杂质达标可直接出售，如不达标可返回现有火法精炼工序；所得阳极泥压滤后得到高品位冰铜，是炼铜的优质原料，可送往铜冶炼厂，完成与现行工艺并轨，易于开展工业生产。
(3)本发明采用易于工业化生产的电解工艺实现对高铅冰铜中铅和硫化物的分离和有价金属定向富集，流程短、清洁高效、分离彻底。
附图说明
附图1为本发明一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例中作为实验原料的是某粗铅火法精炼过程中放渣环节的高铅冰铜渣，其主要成分为(wt.％)：Pb 70.34、Cu2S13.22、FeS10.08、ZnS 5.45、Bi 0.67、Sn 0.42、Cd 0.19、Ag 0.04、Au 1.6g/t。
实施例1
本实施例公开了一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其工艺流程如附图1所示，具体包括以下步骤：
S1.浇板：在粗铅火法精炼过程的放渣环节，直接将熔融的高铅冰铜浇铸成长×宽为780mm×660mm、重量为110kg阳极板；
S2.电解：将一块步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为始极片，加入硅氟酸和硅氟酸铅作为电解液，调整电解液成份为：含铅70g/L、游离硅氟酸浓度60g/L。打开循环泵使电解液循环速度为40L/min，开启电源进行电解，维持电流密度为130A/m2，电解液温度为35℃。电解100h后，停止通电，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅板，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用。
称量沉积的金属铅板，其重量为12.70kg，分析其中铅含量为98.90％，计算电流效率为95.76％。本实施例阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，取样进行分析，其中铅和硫化亚铜含量分别为2.38％和64.17％，所得冰铜中硫化亚铜含量达到了吹炼铜的要求，铅含量较原高铅冰铜大幅降低，铅铜分离充分。
实施例2
本实施例公开了一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其工艺流程如附图1所示，具体包括以下步骤：
S1.浇板：在粗铅火法精炼过程的放渣环节，直接将熔融的高铅冰铜浇铸成长×宽为780mm×660mm、重量为110kg阳极板；
S2.电解：将一块步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为始极片，加入硅氟酸和硅氟酸铅作为电解液，调整溶液成份为电解液含铅90g/L，游离硅氟酸浓度80g/L，打开循环泵使电解液循环速度为30L/min，开启电源进行电解，维持电流密度为140A/m2，电解液温度为40℃。电解200h后，停止通电，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅板，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用。
称量沉积的金属铅板，其重量为26.51kg，分析其中铅含量为99.14％，计算电流效率为96.80％。本实施例阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，取样进行分析，其中铅和硫化亚铜含量分别为3.16％和60.47％，所得冰铜中硫化亚铜含量达到了吹炼铜的要求，铅含量较原高铅冰铜大幅降低，铅铜分离充分。
实施例3
本实施例公开了一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其工艺流程如附图1所示，具体包括以下步骤：
S1.浇板：在粗铅火法精炼过程的放渣环节，直接将熔融的高铅冰铜浇铸成长×宽为780mm×660mm、重量为110kg阳极板；
S2.电解：将一块步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为始极片，加入硅氟酸和硅氟酸铅作为电解液，调整溶液成份为电解液含铅100g/L，游离硅氟酸浓度85g/L，打开循环泵使电解液循环速度为50L/min，开启电源进行电解，维持电流密度为100A/m2，电解液温度为30℃。电解200h后，停止通电，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅板，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用。
称量沉积的金属铅板，其重量为19.70kg，分析其中铅含量为99.36％，计算电流效率为98.41％。本实施例阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，取样进行分析，其中铅和硫化亚铜含量分别为2.07％和66.33％，所得冰铜中硫化亚铜含量达到了吹炼铜的要求，铅含量较原高铅冰铜大幅降低，铅铜分离充分。
实施例4
本实施例公开了一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其工艺流程如附图1所示，具体包括以下步骤：
S1.浇板：在粗铅火法精炼过程的放渣环节，直接将熔融的高铅冰铜浇铸成长×宽为780mm×660mm、重量为110kg阳极板；
S2.电解：将一块步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为始极片，加入硅氟酸和硅氟酸铅作为电解液，调整溶液成份为电解液含铅100g/L，游离硅氟酸浓度55g/L，打开循环泵使电解液循环速度为45L/min，开启电源进行电解，维持电流密度为160A/m2，电解液温度为45℃。电解200h后，停止通电，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅板，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用。
称量沉积的金属铅板，其重量为30.84kg，分析其中铅含量为98.92％，计算电流效率为95.87％。本实施例阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，取样进行分析，其中铅和硫化亚铜含量分别为4.42％和57.10％，所得冰铜中硫化亚铜含量达到了吹炼铜的要求，铅含量较原高铅冰铜大幅降低，铅铜分离充分。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。
Claims (9)
1.一种高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.浇板：在熔融条件下将高铅冰铜浇铸成阳极板；
S2.电解：将步骤S1所得的阳极板置入电解槽中，以纯铅为阴极板，所述电解液为硅氟酸溶液和硅氟酸铅溶液，通电进行电解，阴极和阳极分别发生铅的沉积和析出，不溶的硫化物和金银铟等均沉入槽底形成阳极泥；
S3.剥板和冲槽：待S2步完成后，将阴极板取出，剥下沉积的金属铅，阳极泥经冲槽后，压滤得到冰铜粉，电解残液经补充新鲜电解液至成份达标后返回步骤S2电解槽循环使用；
其中，步骤S2中所述电解液含铅50～100g/L，所述电解液中游离硅氟酸浓度为40～90g/L，所述电流密度为100～160A/m2。
2.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S1具体为：在粗铅火法精炼过程中放渣环节，将所述高铅冰铜直接浇铸成阳极板。
3.根据权利要求1或2所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，所述高铅冰铜的成分为Pb：＞50％；Cu2S：＜30％；FeS：＜13％；ZnS：＜8％；Ag：0.01～0.1％；Au：1～5g/t。
4.根据权利要求1或2所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S1所述浇铸阳极板长×宽为780mm×660mm，每块所述阳极板重量为110kg。
5.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S2中所述电解液含铅60～80g/L。
6.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S2中所述电解液中游离硅氟酸浓度为60～90g/L。
7.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S2所述电解液循环量为25～50L/min。
8.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S2所述电解液温度30～50℃。
9.根据权利要求1所述高铅冰铜电解分离铅和铜的方法，其特征在于，步骤S2电解过程所述电流密度为120～150A/m2。
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