CN113336258A - 一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海绵铜生产技术领域,尤其为一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其具体步骤如下:S1,配料:将海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比投入配料槽里,后续步骤中产生的含氨水回用配料时,则需调整氨水、膜过滤水的投加量,使得各物料的配比达到上述比例,本发明通过设计一种由海绵铜生产工业活性氧化铜的生产工艺,相比现有工业活性氧化铜生产工艺中的三种方法,减少了海绵铜压铸成块、电解精炼的步骤,直接用于生产工业活性氧化铜,降低了设备、原料、安全生产成本,并且在曝气氧化这一步骤上创新地应用了管道反应器,从而效率更高,因此使用性能更强,更适宜大范围推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及海绵铜生产技术领域,具体为一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法。
背景技术
目前海绵铜由于纯度不高,泥沙、铁含量较高,兼有其它金属和无机盐杂质,除杂较困难,作为原料生产其他产品成本较高,海绵铜主要用于电解精炼铜,先将其压铸成块,然后作为阳极,用牺牲阳极法电解精炼铜。现有标准是有色金属行标YS/T 1366-2020海绵铜。
随着印刷电路板(PCB)制造多层次集成化发展,用于电镀铜工艺维持铜离子浓度的工业活性氧化铜(即电镀级氧化铜)的需求也越来越高,现已实施行标HG/T 5354-2018工业活性氧化铜,目前公开报道的工业活性氧化铜生产技术主要有三种,第一种以电解铜为原料,经粉碎、氧化制得工业活性氧化铜,代表有CN202110035435X;第二种是以氯化铜、硫酸铜、硝酸铜等铜盐溶液为原料,经氢氧化钠沉淀、洗涤、氨转得到氢氧化铜,然后烘干、煅烧得到工业活性氧化铜,代表有CN101844793A;第三种是以电解铜、液氨、二氧化碳为原料,曝气氧化溶铜,经蒸氨、过滤得到碱式碳酸铜,再经煅烧得到工业活性氧化铜,代表有CN103101958A。
目前以上方法生产工业活性氧化铜各有优点,但尚存在不足。第一种方法,电解铜为原料,生产成本较高;由固体铜曝气氧化得到固体氧化铜,容易氧化不充分,导致产品纯度不够,重复性、稳定性较差。第二种方法若是用高纯度的铜盐为原料,原料成本高,若是以各种铜盐废液为原料,则除杂成本高;且由于氢氧化铜的粘性吸附性,清洗氢氧化铜中杂质盐如氯化钠,又需要大量冲洗水,产废较多,导致生产成本高;第三种方法以电解铜、液氨、二氧化碳为原料,设备、原料、安全等成本较高。
综上所述,本发明通过设计一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法来解决存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其具体步骤如下:
S1,配料:将海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比投入配料槽里,后续步骤中产生的含氨水回用配料时,则需调整氨水、膜过滤水的投加量,使得各物料的配比达到上述比例;
S2,氧化:将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温度、压力、流量、时间和pH,尾气分别用膜过滤水、稀硫酸吸收,吸收了氨气的膜过滤水作为含氨水回用配料,发生的化学反应式为:2Cu(s)+O2(g)+2NH4HCO3(l)+2NH3·H2O(l)=2[Cu(NH3)2]CO3(l)+4H2O(l),主要副化学反应式为:4Fe(s)+3O2(g)+6H2O(l)=4Fe(OH)3(s),当物料中铜离子浓度达到10%,反应完全,停止曝空气,此时固体不溶物包含氢氧化铁、泥沙、重金属等杂质,进行过滤;
S3,精密过滤:物料经过精密过滤,杂质滤渣与碳酸氨铜溶液分离,滤渣集中处置,碳酸氨铜溶液进行脱氨;
S4,脱氨:碳酸氨铜溶液在负压、加热、搅拌条件下进行脱氨,用膜过滤水吸收蒸出的氨气、二氧化碳和水蒸气,含氨水回用配料,尾气再经稀硫酸吸收,发生的化学反应式为:2[Cu(NH3)2]CO3(l)+H2O(l)=CuCO3·Cu(OH)2(s)+4NH3(g)+CO2(g),控制料温、压力、时间、pH、物料成分,当蒸发至剩余料液溶液部分中铜离子含量降至3%,脱氨完成,大部分的铜以碱式碳酸铜沉淀下来,物料进行过滤;
S5,离心过滤:物料经过离心过滤,滤液是含少量碳酸氨铜的含氨水,回用配料;滤饼是碱式碳酸铜,用膜过滤水冲洗至检测不出铜离子,冲洗水也是含氨水,回用配料,滤饼取出进行烘干;
S6,烘干:碱式碳酸铜105℃鼓风烘干;
S7,粉碎:烘干后的碱式碳酸铜用粉碎机粉碎,过200目筛;
S8,煅烧:粉碎后的碱式碳酸铜进入煅烧炉800℃煅烧得到氧化铜,发生反应CuCO3·Cu(OH)2(s)=2CuO(s)+CO2(g)+H2O(g),煅烧完成后冷却至室温取出;
S9,粉碎:氧化铜进行粉碎,过200目筛,即得到工业活性氧化铜。
作为本发明优选的方案,所述S1中海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比为1:1:0.1:3:25:0.0001投入配料槽里。
作为本发明优选的方案,所述S2中将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温在50℃、管道表压为10~300kpa、流量为0~3m3/h、时间为4h和pH值为9~10。
作为本发明优选的方案,所述S4中碳酸氨铜溶液负压为0.08~0.1mpa、加热温度为90~100℃、搅拌条件为搅拌速率为150~160r/min。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明中,通过设计一种由海绵铜生产工业活性氧化铜的生产工艺,相比现有工业活性氧化铜生产工艺中的三种方法,减少了海绵铜压铸成块、电解精炼的步骤,直接用于生产工业活性氧化铜,降低了设备、原料、安全生产成本,并且在曝气氧化这一步骤上创新地应用了管道反应器,从而效率更高,因此使用性能更强,更适宜大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明工艺流结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述,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。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件,当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明,本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1本发明提供一种技术方案:
一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其具体步骤如下:
S1,配料:将海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比投入配料槽里,后续步骤中产生的含氨水回用配料时,则需调整氨水、膜过滤水的投加量,使得各物料的配比达到上述比例;
S2,氧化:将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温度、压力、流量、时间和pH,尾气分别用膜过滤水、稀硫酸吸收,吸收了氨气的膜过滤水作为含氨水回用配料,发生的化学反应式为:2Cu(s)+O2(g)+2NH4HCO3(l)+2NH3·H2O(l)=2[Cu(NH3)2]CO3(l)+4H2O(l),主要副化学反应式为:4Fe(s)+3O2(g)+6H2O(l)=4Fe(OH)3(s),当物料中铜离子浓度达到10%,反应完全,停止曝空气,此时固体不溶物包含氢氧化铁、泥沙、重金属等杂质,进行过滤;
S3,精密过滤:物料经过精密过滤,杂质滤渣与碳酸氨铜溶液分离,滤渣集中处置,碳酸氨铜溶液进行脱氨;
S4,脱氨:碳酸氨铜溶液在负压、加热、搅拌条件下进行脱氨,用膜过滤水吸收蒸出的氨气、二氧化碳和水蒸气,含氨水回用配料,尾气再经稀硫酸吸收,发生的化学反应式为:2[Cu(NH3)2]CO3(l)+H2O(l)=CuCO3·Cu(OH)2(s)+4NH3(g)+CO2(g),控制料温、压力、时间、pH、物料成分,当蒸发至剩余料液溶液部分中铜离子含量降至3%,脱氨完成,大部分的铜以碱式碳酸铜沉淀下来,物料进行过滤;
S5,离心过滤:物料经过离心过滤,滤液是含少量碳酸氨铜的含氨水,回用配料;滤饼是碱式碳酸铜,用膜过滤水冲洗至检测不出铜离子,冲洗水也是含氨水,回用配料,滤饼取出进行烘干;
S6,烘干:碱式碳酸铜105℃鼓风烘干;
S7,粉碎:烘干后的碱式碳酸铜用粉碎机粉碎,过200目筛;
S8,煅烧:粉碎后的碱式碳酸铜进入煅烧炉800℃煅烧得到氧化铜,发生反应CuCO3·Cu(OH)2(s)=2CuO(s)+CO2(g)+H2O(g),煅烧完成后冷却至室温取出;
S9,粉碎:氧化铜进行粉碎,过200目筛,即得到工业活性氧化铜。
作为本发明进一步优选的方案,所述S1中海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比为1:1:0.1:3:25:0.0001投入配料槽里。
作为本发明进一步优选的方案,所述S2中将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温在50℃、管道表压为10~300kpa、流量为0~3m3/h、时间为4h和pH值为9~10。
作为本发明进一步优选的方案,所述S4中碳酸氨铜溶液负压为0.08~0.1mpa、加热温度为90~100℃、搅拌条件为搅拌速率为150~160r/min。
具体实施案例:
实施例1:
取15kg湿海绵铜,含铜55.60%,含铁9.32%,含水15.0%,依次用稀硫酸和膜过滤水冲洗,然后加入至配料槽,按海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂1:1:0.1:3:25:0.0001比例加入其余原料,然后转入200L密闭反应釜中,接入管道反应器、空压机、尾气吸收装置、流量计、温度表、压力表、pH计等装置,其中尾气吸收装置是分别装有膜过滤水和稀硫酸的料筒,膜过滤水吸收尾气氨气成含氨水,可回用配料,搅拌混匀后通入空气,控制反应料温在50℃、管道表压为10~300kpa、流量为0~3m3/h、时间为4h和pH值为9~10,反应至料液里铜离子浓度达到质量含量10%停止,此时海绵铜应基本反应完全,料液经精密过滤,得到碳酸氨铜溶液,滤饼用少量水冲洗,滤渣收集处置,冲洗水为含氨水回用配料;
碳酸氨铜溶液导入200L反应釜中,接入压力表、温度表、pH计、氨水回收装置、尾气吸收装置、负压抽气装置等,其中氨水回收装置是两个连接冷却水的夹套料筒,料筒里装有膜过滤水;尾气吸收装置是装有稀硫酸的料筒。在负压为0.08~0.1mpa、加热温度为90~100℃、搅拌条件为搅拌速率为150~160r/min,搅拌时间为30~40min下进行脱氨,蒸发出的氨气、水、二氧化碳进入氨水回收装置成含氨水,含氨水回用配料;当脱氨进行至料液中溶液里铜离子降至3%左右停止,此时绝大部分铜沉淀出来,料液冷却后经过离心过滤,滤液回用配料,滤饼用膜过滤水冲洗至检测不出铜离子,冲洗水为含氨水回用配料,滤饼经烘干、粉碎后得到碱式碳酸铜;
碱式碳酸铜放入煅烧炉800℃中煅烧,再经粉碎得到工业活性氧化铜。其中氧化铜含量99.2%,氯化物含量小于15ppm,溶速20s,远小于30s。
实施例2:
取15kg湿海绵铜,含铜55.60%,含铁9.32%,含水15.0%,依次用稀硫酸和膜过滤水冲洗,然后加入至配料槽。加入碳酸氢铵、氨水、回用含氨水、助剂,使得海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂含量比例为1:1:0.1:3:25:0.0001。再按照实施例1相同步骤再次实验,得到工业活性氧化铜。其中氧化铜含量99.4%,氯化物含量小于15ppm,溶速27s,小于30s,经检测,氧化铜符合HG/T 5354-2018工业活性氧化铜标准。
从而此过程通过设计一种由海绵铜生产工业活性氧化铜的生产工艺,相比现有工业活性氧化铜生产工艺中的三种方法,减少了海绵铜压铸成块、电解精炼的步骤,直接用于生产工业活性氧化铜,降低了设备、原料、安全生产成本,并且在曝气氧化这一步骤上创新地应用了管道反应器,从而效率更高,因此使用性能更强,更适宜大范围推广使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其具体步骤如下:
S1,配料:将海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比投入配料槽里,后续步骤中产生的含氨水回用配料时,则需调整氨水、膜过滤水的投加量,使得各物料的配比达到上述比例;
S2,氧化:将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温度、压力、流量、时间和pH,尾气分别用膜过滤水、稀硫酸吸收,吸收了氨气的膜过滤水作为含氨水回用配料,发生的化学反应式为:2Cu(s)+O2(g)+2NH4HCO3(l)+2NH3·H2O(l)=2[Cu(NH3)2]CO3(l)+4H2O(l),主要副化学反应式为:4Fe(s)+3O2(g)+6H2O(l)=4Fe(OH)3(s),当物料中铜离子浓度达到10%,反应完全,停止曝空气,此时固体不溶物包含氢氧化铁、泥沙、重金属等杂质,进行过滤;
S3,精密过滤:物料经过精密过滤,杂质滤渣与碳酸氨铜溶液分离,滤渣集中处置,碳酸氨铜溶液进行脱氨;
S4,脱氨:碳酸氨铜溶液在负压、加热、搅拌条件下进行脱氨,用膜过滤水吸收蒸出的氨气、二氧化碳和水蒸气,含氨水回用配料,尾气再经稀硫酸吸收,发生的化学反应式为:2[Cu(NH3)2]CO3(l)+H2O(l)=CuCO3·Cu(O H)2(s)+4NH3(g)+CO2(g),控制料温、压力、时间、pH、物料成分,当蒸发至剩余料液溶液部分中铜离子含量降至3%,脱氨完成,大部分的铜以碱式碳酸铜沉淀下来,物料进行过滤;
S5,离心过滤:物料经过离心过滤,滤液是含少量碳酸氨铜的含氨水,回用配料;滤饼是碱式碳酸铜,用膜过滤水冲洗至检测不出铜离子,冲洗水也是含氨水,回用配料,滤饼取出进行烘干;
S6,烘干:碱式碳酸铜105℃鼓风烘干;
S7,粉碎:烘干后的碱式碳酸铜用粉碎机粉碎,过200目筛;
S8,煅烧:粉碎后的碱式碳酸铜进入煅烧炉800℃煅烧得到氧化铜,发生反应CuCO3·Cu(OH)2(s)=2CuO(s)+CO2(g)+H2O(g),煅烧完成后冷却至室温取出;
S9,粉碎:氧化铜进行粉碎,过200目筛,即得到工业活性氧化铜。
2.根据权利要求1所述的一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其特征在于:所述S1中海绵铜、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水、膜过滤水、助剂按照配料比为1:1:0.1:3:25:0.0001投入配料槽里。
3.根据权利要求1所述的一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其特征在于:所述S2中将物料从配料槽里转移至反应釜中,反应釜连接管道反应器,空气用空压机打入管道反应器,管道里完成曝气溶铜,控制反应料温在50℃、管道表压为10~300kpa、流量为0~3m3/h、时间为4h和pH值为9~10。
4.根据权利要求1所述的一种由海绵铜制备活性氧化铜的方法,其特征在于:所述S4中碳酸氨铜溶液负压为0.08~0.1mpa、加热温度为90~100℃、搅拌条件为搅拌速率为150~160r/min。
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