CN110938842A - 一种铜电解液净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜电解液净化方法，应用于处理铜电解液，包括以下步骤：(1)将所述铜电解液分为第一组分和第二组分，对所述第一组分执行脱铜电积处理，获得脱铜后液和标准铜；(2)对所述第二组分进行真空蒸发浓缩，得浓缩后液，将所述浓缩后液经水冷结晶、分离，得粗硫酸铜和结晶母液；(3)将所述结晶母液与预存的脱铜脱杂终液混合，执行脱铜脱杂处理，得脱铜脱杂后液和黑铜粉，所述黑铜粉经过滤除去；(4)将所述脱铜脱杂后液冷冻结晶，得粗硫酸镍和净化终液。将铜电解液分为两份，并分别进行脱铜电积和脱铜脱杂，提高了铜电解液内铜、砷、锑、铋、镍的脱除率。

Description

一种铜电解液净化方法
技术领域
本发明涉及铜冶炼技术领域，特别是涉及一种铜电解液净化方法。
背景技术
在铜冶炼过程中，铜电解精炼是必不可少的环节，其中需要采用铜电解液，以实现铜的冶炼。
在铜电解精炼的持续过程中，铜电解液中的砷、锑、铋、镍等杂质浓度会不断升高，导致电铜的质量下降。针对上述问题，需取部分铜电解液进行净化，净化后的液体再返回精炼系统中，以降低电解液中各重金属的浓度。传统的净化方法为直接通过脱铜脱杂去除铜电解液中的砷、锑、铋、镍等杂质。
现有的铜电解液净化方法虽然能在一定程度上脱除砷、锑、铋、镍等杂质，但其脱除能力较差，设备能耗高，净液产品无法满足电解精炼产品质量的要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种脱除效果好的铜电解液净化方法。
一种铜电解液净化方法，应用于处理铜电解液，包括以下步骤：
(1)将所述铜电解液分为第一组分和第二组分，对所述第一组分执行脱铜电积处理，获得脱铜后液和标准铜；
(2)对所述第二组分进行真空蒸发浓缩，得浓缩后液，将所述浓缩后液经水冷结晶、分离，得粗硫酸铜和结晶母液；
(3)将所述结晶母液与预存的脱铜脱杂终液混合，执行脱铜脱杂处理，得脱铜脱杂后液和黑铜粉，所述黑铜粉经过滤除去；
(4)将所述脱铜脱杂后液冷冻结晶，得粗硫酸镍和净化终液。
本发明的有益效果是：将铜电解液分为两份，并分别进行脱铜电积和脱铜脱杂，提高了铜电解液内铜、砷、锑、铋、镍的脱除率；且由于二者为分别进行处理，使二者不会产生相互影响，进一步提高了脱除率。
另外，根据本发明提供的铜电解液净化方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述脱铜脱杂终液的制备为将部分所述结晶母液执行一次脱铜脱杂处理所得。
进一步地，所述脱铜电积处理的电积过程中的电流密度为240～260A/m2。
进一步地，所述脱铜脱杂处理的步骤包括：
将待脱杂液加热后送入电积槽内，并控制所述待脱杂液在所述电积槽内循环流动；
启动电积，控制电流密度为200～260A/m2，直至所述电积槽内溶液的铜离子浓度为0.5g/L以下为止。
进一步地，所述脱铜脱杂处理中将部分脱铜脱杂后液返回与所述结晶母液混合，循环执行所述脱铜脱杂处理，每秒所述脱铜脱杂后液的返液量等于所述结晶母液的给液量。
进一步地，所述步骤(1)中还对所述脱铜后液循环执行所述脱铜电积处理。
进一步地，所述步骤(3)中还对脱铜脱杂后液循环执行所述脱铜脱杂处理，直至铜离子浓度为0.5g/L以下。
进一步地，所述步骤(2)中的所述真空蒸发浓缩为将原溶液浓缩至比重为1.4～1.5×103kg/m3，其中，铜离子浓度大于75g/L，镍离子浓度大于20g/L。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例1的铜电解液净化方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例1
请参阅图1，本发明提出一种铜电解液净化方法，应用于处理铜电解液，包括以下步骤：
(1)将所述铜电解液分为第一组分和第二组分，对所述第一组分执行脱铜电积处理，对所述脱铜后液循环执行所述脱铜电积处理获得脱铜后液和标准铜，对所述脱铜后液循环执行所述脱铜电积处理，直至铜离子浓度降至40g/L以下；
(2)对所述第二组分进行真空蒸发浓缩，得浓缩后液，将所述浓缩后液经水冷结晶、分离，得粗硫酸铜和结晶母液；
(3)将所述结晶母液与预存的脱铜脱杂终液混合，执行脱铜脱杂处理，得脱铜脱杂后液和黑铜粉，对脱铜脱杂后液循环执行所述脱铜脱杂处理，直至铜离子浓度为0.5g/L以下，所述黑铜粉经过滤除去，其中黑铜粉中含有约50％的铜以及砷、锑、铋的杂质；
(4)将所述脱铜脱杂后液冷冻结晶，得粗硫酸镍和净化终液。
需要说明的是，净化处理的铜电解液为从原始精炼系统的原始电解液中取得的，一般为其原始电解液的一小部分，可测得此时铜电解液中各重金属的浓度，根据预期要达到的浓度可计算出需要取出多少量的铜电解液。
另外，将铜电解液分为第一组分和第二组分，也可以根据预期要达到的浓度可计算得到，因为第一组分的主要处理是脱铜，第二组分的主要处理是脱砷、锑、铋和镍，分离出黑铜粉和硫酸镍，其中黑铜粉包括铜以及砷、锑、铋等杂质。
应当指出的是，在处理流程中所获得的得脱铜后液、粗硫酸铜、黑铜粉和净化终液均可根据实际情况返回至原始精炼系统中，可回收其中的铜或酸液，以使原始精炼系统中的电解液满足指定的浓度。
另外，所得的标准铜、粗硫酸铜和粗硫酸镍均可直接用于对外销售。
本发明的优势在于，将铜电解液分为两份，并分别进行脱铜电积和脱铜脱杂，提高了铜电解液内铜、砷、锑、铋、镍的脱除率；且由于二者为分别进行处理，使二者不会产生相互影响，进一步提高了脱除率。
具体的，所述脱铜脱杂终液的制备为将部分所述结晶母液执行一次脱铜脱杂处理所得，所述脱铜电积处理的电积过程中的电流密度为240A/m2，其阴极采用不锈钢阴极板，阳极采用不溶铅阳极板。
需要说明的是，脱铜脱杂终液只需要取部分结晶母液执行一次脱铜脱杂处理即可，获得的脱铜脱杂终液可存储起来备用，在之后的处理流程中可随时取用该脱铜脱杂终液，无需再对结晶母液单独执行脱铜脱杂处理。
另外，所述脱铜脱杂处理的步骤包括：
将待脱杂液加热后送入电积槽内，并控制所述待脱杂液在所述电积槽内循环流动；
启动电积，采用板面较好的残阴极和不溶铅阳极板，控制电流密度为260A/m2，直至所述电积槽内溶液的铜离子浓度为0.5g/L以下为止。
另外，所述脱铜脱杂处理中将部分脱铜脱杂后液返回与所述结晶母液混合，循环执行所述脱铜脱杂处理，每秒所述脱铜脱杂后液的返液量等于所述结晶母液的给液量。
更进一步地，所述步骤(2)中的所述真空蒸发浓缩为将原溶液浓缩至比重为1.45×103kg/m3，其中，铜离子浓度大于75g/L，镍离子浓度大于20g/L。
实施例2
实施例2与实施例1基本一致，不同之处在于：
所述步骤(2)中的所述真空蒸发浓缩为将原溶液浓缩至比重为1.5×103kg/m3。
实施例3
实施例3与实施例1基本一致，不同之处在于：
所述步骤(2)中的所述真空蒸发浓缩为将原溶液浓缩至比重为1.4×103kg/m3。
对照例1
一种铜电解液净化方法，应用于处理铜电解液，包括以下步骤：
将所述铜电解液直接进行脱铜脱杂处理，直至铜离子浓度为0.5g/L以下。
对照例2
本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：
未将铜电解液进行分组，直接对铜电解液依次执行脱铜电积处理、真空蒸发浓缩，并对所得结晶母液与预存的脱铜脱杂终液混合，执行脱铜脱杂处理。
本发明选用国内年产200kt阴极铜冶炼厂的电解液为实例，分别采用上述实施例和对照例的方法进行电解液净化工艺计算。其中阳极板的成分见表1。
表1
元素 Cu As Sb Bi Ni O 其他
％ 99.30 0.10 0.016 0.016 0.030 0.20 0.34
据此计算得出该工况的电解液净化处理各杂质所需的电解液量及脱除量见表2.
表2
元素 Cu As Sb Bi Ni
脱除量kg/d 8920.3 469.7 23.4 28.3 158.6
净液量m<sup>3</sup>/d 184 75 55 67 21
以实施例1为例，电解液净化系统需处理的电解液量以脱铜为最大184m3/d，除铜以外杂质的净液量最大为脱砷的75m3/d。
将75m3/d的电解液经硫酸铜工序的真空蒸发浓缩，浓缩后液比重达到1.45×103kg/m3，其中铜离子浓度大于75g/l，镍离子浓度大于20g/l，水分蒸发量为27m3/d。浓缩后液的温度经水冷结晶处理降至40℃，含15％硫酸铜晶体的电解液经分离产出粗硫酸铜约8628.3kg/d。将浓缩后液经过滤后和脱铜脱杂终液调配成铜离子浓度为5g/l的脱铜脱杂前液，经混合调配后的电解液在二次脱铜槽中循环流动，脱铜脱杂终液的电解液成分控制如下见表3。
表3
元素 Cu As Sb Bi Ni H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
g/l 0.5 1.2 0.1 0.1 26 348
脱铜脱杂工序黑铜粉产量3334kg/d，阴极所需板面较好的残阳极。
根据脱镍量核算粗硫酸镍工序所需的脱铜脱杂终液，由泵送至冷冻结晶槽，含15％硫酸镍结晶的冷冻结晶后液经过滤打包成25kg/包的粗硫酸镍，粗硫酸镍产量881kg/d，含水率低于5％，含镍量大于18％，可以直接外售。
将184m3/d的废电解液送外脱铜电积工序处理，标准铜的产量可由铜的总脱除量减去粗硫酸铜的产量控制，假定冶炼厂根据产品粗硫酸铜的市场供需情况将50％粗硫酸铜返溶回电解精炼系统，以此核算脱铜电积工序的配置方案，根据单槽脱铜槽的产能核算需配置脱铜槽数量，脱铜电积工序主要的工艺技术参数控制指标如下见表4。
表4
Figure BDA0002307239270000061
脱铜电积工序可产标准铜6261kg/d，脱铜后液送回电解精炼。如硫酸铜产量超于市场需求，可继续增大硫酸铜重溶返回电解液系统的量，提供标准铜的产量。该净化工艺可实现硫酸铜和标准铜产量的选择性调整。
如冶炼厂铜电解精炼阳极板成分波动，除铜以外的砷、锑和铋等杂质含量可能会不断升高，下文以铋含量增加至0.05％为例，变动后的阳极板成分见表5。
表5
元素 Cu As Sb Bi Ni O 其他
％ 99.30 0.10 0.016 0.05 0.030 0.20 0.20
电解液中铜及砷、锑、铋等主要杂质含量控制极限值及净化处理过程中铜及砷、锑、铋等主要杂质脱除率维持不变，据此得出该工况下电解液净化处理各杂质所需的净液量及脱除量见表6。
表6
元素 Cu As Sb Bi Ni
脱除量kg/d 8920.3 469.7 23.4 88 158.6
净液量m<sup>3</sup>/d 184 75 55 207 21
电解液净化系统需处理的电解液总量以脱铋为最大207m3/d。上述铜电解液净化方法维持不变，只须将电解液泵送至粗硫酸铜工序真空蒸发浓缩的量增加至207m3/d，粗硫酸铜工序得到的硫酸铜23813.9kg/d，比原有产量增加的1185.6kg/d硫酸铜全部返溶回电解精炼系统，脱铜电积工序和粗硫酸镍工序维持不变，电解精炼中电解液的铜离子浓度将维持在正常水平。
同样以天为单位采用上述实施例和对照例的方法对铜电解液进行净化，所得结果见表7。
表7
工艺 Cu脱除率 As脱除率 Sb脱除率 Bi脱除率 Ni脱除率
实施例1 99％ 90％ 85％ 85％ 55％
实施例2 98％ 91％ 85％ 85％ 55％
实施例3 99％ 91％ 85％ 84％ 54％
对照例1 68％ 22％ 15％ 20％ 13％
对照例2 90％ 71％ 65％ 62％ 50％
可以看出，本发明的实施例达到的效果较对照例1和对照例2具有明显的优势，且当采用本发明的将铜电解液分为两组分别进行处理所达到的效果较未分组时更好。
再次针对实施例1和对照例2的工艺进行分析，结果见表8。
表8
Figure BDA0002307239270000071
Figure BDA0002307239270000081
可以看出，在工艺的各个环节中，实施例1较对照例2也具有明显的优势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种铜电解液净化方法，应用于处理铜电解液，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述铜电解液分为第一组分和第二组分，对所述第一组分执行脱铜电积处理，获得脱铜后液和标准铜；
(2)对所述第二组分进行真空蒸发浓缩，得浓缩后液，将所述浓缩后液经水冷结晶、分离，得粗硫酸铜和结晶母液；
(3)将所述结晶母液与预存的脱铜脱杂终液混合，执行脱铜脱杂处理，得脱铜脱杂后液和黑铜粉，所述黑铜粉经过滤除去；
(4)将所述脱铜脱杂后液冷冻结晶，得粗硫酸镍和净化终液。
2.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述脱铜脱杂终液的制备为将部分所述结晶母液执行一次脱铜脱杂处理所得。
3.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述脱铜电积处理的电积过程中的电流密度为240～260A/m2。
4.根据权利要求1或2所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述脱铜脱杂处理的步骤包括：
将待脱杂液加热后送入电积槽内，并控制所述待脱杂液在所述电积槽内循环流动；
启动电积，控制电流密度为200～260A/m2，直至所述电积槽内溶液的铜离子浓度为0.5g/L以下为止。
5.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述脱铜脱杂处理中将部分脱铜脱杂后液返回与所述结晶母液混合，循环执行所述脱铜脱杂处理，每秒所述脱铜脱杂后液的返液量等于所述结晶母液的给液量。
6.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述步骤(1)中还对所述脱铜后液循环执行所述脱铜电积处理。
7.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述步骤(3)中还对脱铜脱杂后液循环执行所述脱铜脱杂处理，直至铜离子浓度为0.5g/L以下。
8.根据权利要求1所述的铜电解液净化方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述真空蒸发浓缩为将原溶液浓缩至比重为1.4～1.5×103kg/m3，其中，铜离子浓度大于75g/L，镍离子浓度大于20g/L。
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