CN110983376A - 一种铜电解液净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金技术技术领域，特别涉及铜电解液净化工艺。本发明的方法包括以下步骤：(1)一次电积脱铜；(2)二次旋流电积脱铜；(3)二氧化硫预还原(4)硫化沉淀法脱砷除杂。本发明的铜电解液净化工艺在硫化沉淀除杂之前，使用二氧化硫对铜电解液进行还原，将电解液中As(V)和Sb(V)分别还原成As(III)和Sb(III)；同时降低溶液中氧化性物质，如Fe3+、O2等，避免氧化性物质与硫化氢反应；通过二氧化硫还原后，降低硫化氢消耗量，降低脱杂成本，并提高电解液净化除杂效率。

Description

一种铜电解液净化工艺
【技术领域】
本发明冶金技术领域，特别涉及一种铜电解液净化工艺。
【背景技术】
在铜电解精炼过程中，阳极铜中的部分As、Sb、Bi等杂质会进入电解液，由于As、Sb、Bi的标准电位与Cu相近，当As、Sb、Bi浓度达到一定量时，就会在阴极上放电析出，影响阴极铜质量。因此，为了维持电解液中As、Sb、Bi等杂质元素平衡，需要抽取一定量的电解液进行净化除杂。
净化铜电解液的主要方法有电积法、离子交换法、溶剂萃取法、化学沉淀法等。工业上广泛采用诱导脱铜脱砷锑铋的方法，脱铜除砷、锑、铋效果好，杂质脱除率可达到85％以上，但也存在明显缺点，主要表现在：
(1)采用不溶性阳极，槽电压高，能耗大；
(2)现场酸雾较大，作业环境差，并有可能产生砷化氢有毒气体；
(3)金属析出选择性不好，中间产品含铜过高，尤其黑铜渣中含铜达铜50-70％；
(4)若熔炼系统采用闪速熔炼炉，杂质开路困难，黑铜粉返回配料，造成砷杂质的循环与累积，阳极板含砷高，砷脱除成本高。部分厂家选择外卖，黑铜粉为危废物料，铜的计价系数低，金属折价损失大；若熔炼系统采用熔池熔炼技术，黑铜粉返回配料，黑铜粉中的砷70％进入烟尘和污酸中，其中25-30％的砷进入白烟尘，在白烟尘处理过程中将增加处理成本。
因此，本发明鉴于铜电解液净化的技术现状，并且在实践过程中总结摸索，在硫化脱杂的净化工艺基础上，提出一种铜电解液净化的改进工艺。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供一种铜电解液净化工艺，通过在硫化沉淀除杂之前，使用二氧化硫对铜电解液进行还原，将电解液中As(V)和Sb(V)分别还原成As(III)和Sb(III)；同时降低溶液中氧化性物质，从而降低硫化氢消耗量，降低脱杂成本，并提高电解液净化除杂效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种铜电解液净化工艺，该方法包括以下步骤：
(1)一次电积脱铜：将需要净化的铜电解液送至一次电积脱铜工序，以不溶性阳极作为阳极，以不锈钢阴极作为阴极，在阳极和阴极之间通入直流电，采用连续电积法对通电解液进行一次电积脱铜，将铜电解液的含铜降至20-30g/L，得到一次电积脱铜液；在此过程中，控制电解液温度为40-65℃，控制电流密度为190-280A/m2，在电流作用下，铜离子沉积在不锈钢阴极上，杂质金属留存于电解液中；
(2)二次旋流电积脱铜：将经过步骤(1)处理得到的一次电积脱铜液送至旋流电积装置，进行二次脱铜，将一次电积脱铜液含铜量降至5-10g/L，得到二次电积脱铜液；
(3)二氧化硫预还原：在二次电积脱铜液中通入二氧化硫进行预还原，得到还原溶液；
(4)硫化沉淀法脱砷除杂：将还原溶液进行硫化沉淀脱杂。
本发明中，进一步地，所述步骤(1)处理前铜电解液的铜离子浓度为40-55g/L。
本发明中，进一步地，所述步骤(2)二次电积脱铜具体是将一次电积脱铜液通过旋流电积装置的下部进入旋流电积装置中，二次电积脱铜液从旋流电积装置的上部流出。
本发明中，进一步地，所述步骤(3)中的二氧化硫为纯净的二氧化硫气体。
本发明中，进一步地，所述步骤(4)中硫化沉淀法具体是在还原溶液中通入硫化剂进行硫化沉淀脱除铜，接着过滤回收滤液和沉淀。
本发明中，进一步地，所述步骤(4)中硫化沉淀法具体是在硫化沉淀脱铜后液中通入硫化剂进行硫化沉淀脱除砷、锑、铋等杂质，接着过滤回收滤液和沉淀，滤液返回电解系统，完成铜电解液的净化工艺。
本发明中，进一步地，所述步骤(4)中的硫化沉淀法包括两段硫化沉淀法脱杂：第一段：将还原溶液进行硫化沉淀脱除铜，铜将至0.1g/L以下；第二段：硫化脱铜后液再进行硫化脱除砷、锑、铋等杂质，砷将至1g/L以下。
本发明中，进一步地，所述硫化剂为硫化氢气体。
本发明的改进方法的理论基于阳极铜中As、Sb、Bi进入电解液后分别以AsO3 3-、AsO4 3-、SbO3 3-、SbO4 3-、SbO+、BiO3 3-和BiO+等状态存在，而在电解液中各种总砷浓度下呈AsO4 3-状态存在的As5+均在95％以上，而各种总锑浓度下呈SbO3 3-状态存在，Sb3+即便是最佳氧化条件下也不超过20-30％；Bi5+不稳定。
经过试验发现，As3+对电解液杂质脱除效果显著强于As5+，且理论上As5+对于S2-的消耗明显大于As3+，增加了成本。本发明旨在使用二氧化硫预还原和硫化法沉淀，将电解液中的As脱除至1g/L以下，同时Sb、Bi脱除率达到90％以上，又不引入新的阳离子污染和不带入新的杂质，又能最大限度降低硫化剂的使用量，满足条件且效果较理想的硫化剂就是H2S，其中，脱除As的主要反应为：
(1)去掉二氧化硫还原的反应：2H3AsO4+5H2S＝2S↓+As2S3↓+8H2O。
(2)本申请的反应：H3AsO4+SO2+H2O＝H3AsO3+H2SO4；2H3AsO3+3H2S＝As2S3↓+6H2O。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的铜电解液净化工艺通过一次电积脱铜、二次旋流电积脱铜，接着通过两段硫化沉淀法脱除铜、砷、锑、铋等杂质，第一段：将还原溶液进行硫化沉淀脱除铜，电解液的铜将至0.1g/L以下，在该含铜量下，脱砷效率较高，且产生AsH3的可能性较小，接着将硫化脱铜后液再进行硫化脱除砷、锑、铋等杂质，砷将至1g/L以下；该工艺在硫化氢沉淀电解液中的砷、锑和铋之前，使用纯二氧化硫气体对铜电解液进行还原，选择气体状态的二氧化硫，其流动性强，反应更彻底，将电解液中As(V)和Sb(V)分别还原成As(III)和Sb(III)；同时降低溶液中氧化性物质，如Fe3+、O2等，避免氧化性物质与硫化氢反应；通过二氧化硫还原后，降低硫化氢消耗量，降低脱杂成本，并提高电解液净化脱杂能力，提高脱杂效率。
2.通过本发明的方法改进后的工艺相比去掉二氧化硫预还原的工艺，可节约H2S用量约0.6倍，采用二氧化硫还原，使铜电解液中的As4+(V)还原为As3+(Ⅲ)，Sb4+(V)还原为Sb3+(Ⅲ)，能够避免五价形态的砷、锑与S2-发生氧化还原反应，降低硫化氢消耗，从而节约了硫化剂的成本。
【具体实施方式】
下面结合实施例和试验对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例提供一种铜电解液净化工艺，该方法包括以下步骤：
(1)一次电积脱铜：将需要净化的铜电解液送至一次电积脱铜工序，以不溶性阳极作为阳极，以不锈钢阴极作为阴极，采用连续电积法对通电解液进行一次电积脱铜，将铜电解液的含铜降至20g/L，得到一次电积脱铜液；所述处理前铜电解液的铜离子浓度为40g/L；
(2)二次旋流电积脱铜：将经过步骤(1)处理得到的一次电积脱铜液送至旋流电积装置，进行二次脱铜，将一次电积脱铜液含铜量降至5g/L，得到二次电积脱铜液；其中，二次电积脱铜具体是将一次电积脱铜液通过旋流电积装置的下部进入旋流电积装置中，二次电积脱铜液从旋流电积装置的上部流出；
(3)二氧化硫预还原：在二次电积脱铜液中通入纯净二氧化硫气体进行预还原，得到还原溶液；
(4)硫化沉淀法脱铜、砷、锑、铋等杂质，通入硫化氢进行硫化沉淀，分为以下两段进行；第二段：硫化脱铜后液再进行硫化脱除砷、锑、铋等杂质，砷将至1g/L以下，完成铜电解液的净化工艺。
实施例2：
本实施例提供一种铜电解液净化工艺，该方法包括以下步骤：
(1)一次电积脱铜：将需要净化的铜电解液送至一次电积脱铜工序，以不溶性阳极作为阳极，以不锈钢阴极作为阴极，采用连续电积法对通电解液进行一次电积脱铜，将铜电解液的含铜降至25g/L，得到一次电积脱铜液；所述处理前铜电解液的铜离子浓度为50g/L；
(2)二次旋流电积脱铜：将经过步骤(1)处理得到的一次电积脱铜液送至旋流电积装置，进行二次脱铜，将一次电积脱铜液含铜量降至7g/L，得到二次电积脱铜液；其中，二次电积脱铜具体是将一次电积脱铜液通过旋流电积装置的下部进入旋流电积装置中，二次电积脱铜液从旋流电积装置的上部流出；
(3)二氧化硫预还原：在二次电积脱铜液中通入纯净二氧化硫气体进行预还原，得到还原溶液；
(4)硫化沉淀法脱铜、砷、锑、铋等杂质，通入硫化氢进行硫化沉淀，分为以下两段进行：第一段：将还原溶液进行硫化沉淀脱除铜，铜将至0.1g/L以下；第二段：硫化脱铜后液再进行硫化脱除砷、锑、铋等杂质，砷将至0.5g/L以下，完成铜电解液的净化工艺。
实施例3：
本实施例提供一种铜电解液净化工艺，该方法包括以下步骤：
(1)一次电积脱铜：将需要净化的铜电解液送至一次电积脱铜工序，以不溶性阳极作为阳极，以不锈钢阴极作为阴极，采用连续电积法对通电解液进行一次电积脱铜，将铜电解液的含铜降至30g/L，得到一次电积脱铜液；所述处理前铜电解液的铜离子浓度为55g/L；
(2)二次旋流电积脱铜：将经过步骤(1)处理得到的一次电积脱铜液送至旋流电积装置，进行二次脱铜，将一次电积脱铜液含铜量降至10g/L，得到二次电积脱铜液；其中，二次电积脱铜具体是将一次电积脱铜液通过旋流电积装置的下部进入旋流电积装置中，二次电积脱铜液从旋流电积装置的上部流出；
(3)二氧化硫预还原：在二次电积脱铜液中通入纯净二氧化硫气体进行预还原，得到还原溶液；
(4)硫化沉淀法脱砷除杂：将还原溶液进行硫化沉淀脱杂，具体是在还原溶液中通入硫化氢进行硫化沉淀，接着过滤回收滤液和沉淀，完成铜电解液的净化工艺。
为了说明本申请的实用价值，申请人分以下组别做对比试验，计算杂质的脱除率，其中，所采用处理前铜电解液的铜离子浓度为45-55g/L，并记录数据如表1所示：
第一组：去掉步骤(3)二氧化硫预还原，其他方式严格按照实施例2进行；
第二组：将气体二氧化硫换为液体二氧化硫，其他方式严格按照实施例2进行；
第三组：去掉步骤(2)二次旋流电积脱铜，其他方式严格按照实施例2进行；
第四组：实施例2所述的通电解液净化工艺；
第五组：实施例3所述的通电解液净化工艺。
表1五组杂质脱除率对比
砷脱除率(％) 锑脱除率(％) 铋脱除率(％)
第一组 80 65 85
第二组 89 86 90
第三组 83 81 87
第四组 93 90 95
第五组 87 89 93
由表1可知，本发明铜电解液净化工艺各个步骤相互配合，能够显著同时提高砷、锑、铋的脱除效率。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种铜电解液净化工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
(1)一次电积脱铜：将需要净化的铜电解液送至一次电积脱铜工序，以不溶性阳极作为阳极，以不锈钢阴极作为阴极，采用连续电积法对通电解液进行一次电积脱铜，将铜电解液的含铜降至20-30g/L，得到一次电积脱铜液；
(2)二次旋流电积脱铜：将经过步骤(1)处理得到的一次电积脱铜液送至旋流电积装置，进行二次脱铜，将一次电积脱铜液含铜量降至5-10g/L，得到二次电积脱铜液；
(3)二氧化硫预还原：在二次电积脱铜液中通入二氧化硫进行预还原，得到还原溶液；
(4)硫化沉淀法脱砷除杂：将还原溶液进行硫化沉淀脱杂。
2.根据权利要求1所述的铜电解液净化工艺，其特征在于，所述步骤(1)处理前铜电解液的铜离子浓度为40-55g/L。
3.根据权利要求1所述的铜电解液净化工艺，其特征在于，所述步骤(2)二次电积脱铜具体是将一次电积脱铜液通过旋流电积装置的下部进入旋流电积装置中，二次电积脱铜液从旋流电积装置的上部流出。
4.根据权利要求1所述的铜电解液净化工艺，其特征在于，所述步骤(3)中的二氧化硫为纯净的二氧化硫气体。
5.根据权利要求1所述的铜电解液净化工艺，其特征在于，所述步骤(4)中硫化沉淀法具体是在还原溶液中通入硫化剂进行硫化沉淀，接着过滤回收滤液和沉淀，完成铜电解液的净化工艺。
6.根据权利要求5所述的铜电解液净化工艺，其特征在于，所述硫化剂为硫化氢气体。
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