CN114561542B - 一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法 - Google Patents

一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法。本发明所述方法包括对含铁铜溶液依次进行氧化、中和、加热除铁、电解、中和、压滤、水洗、酸溶处理。本发明通过对除铁过程进行优化，使铁离子在脱除时吸附携带的铜离子含量大大降低，从而提高了铜的回收率；同时在铜含量电解降低至一定时，使用碱液中和，将得到的含铜泥再次进行酸溶，提高了溶液中铜离子的含量，极大地提高了电解效率，实现了含铁铜溶液中铜的回收。

Description

一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法
技术领域
本发明涉及废液回收利用技术领域，特别涉及一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法。
背景技术
工业生产中如电子厂，电镀厂等均会产生硫酸铜废液。硫酸铜废液正常处置工艺是通过电解得到电解铜，若溶液中铁离子含量过高，则会导致电解过程，三价铁大量地转换为二价铁；进而使得铜无法被电解出。而针对铁离子，常规处置方法为加碱调节pH至3-4，将铁离子转换为氢氧化铁沉淀，但这一常规方法带来两个问题，一是氢氧化铁的吸附能力极强，在铁离子转换为氢氧化铁从溶液中脱除时，往往会吸附40-60％的铜离子(即1个铁离子吸附0.4-0.6个铜离子)，二是pH值低时，铁离子去除效果不佳，而pH值高时，铜离子本身也会部分沉淀；使得在含铁铜溶液中铜的电解回收存在较大问题。
同时存在的问题是硫酸铜废液中铜含量高时，电解效率高，但随着电解过程的进行，铜含量降低，电解效率降低，带来能源的浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法。本发明通过对除铁过程进行优化，使铁离子在脱除时吸附携带的铜离子含量大大降低，从而提高了铜的回收率；同时在铜含量电解降低至一定含量时，使用碱液中和，将得到的含铜泥再次进行酸溶，提高了溶液中铜离子的含量，极大地提高了电解效率，实现了含铁铜溶液中铜的回收。
本发明的技术方案如下：
一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法，包括如下步骤：
(1)氧化：向含铁铜溶液中加入氧化剂进行氧化，得到氧化的铁铜溶液，
(2)中和：向步骤(1)得到的氧化的铁铜溶液中加入中和药剂进行中和，使得中和后铁铜溶液的pH值为2.4～3.2；
(3)加热除铁：将步骤(2)得到的溶液加热、静置、压滤后得到滤渣为氧化铁，收集除铁滤液；
(4)电解：将步骤(3)得到的除铁滤液进行电解，得到电解铜，并收集电解液；向电解液中加入碱液，调pH值至8～10后，压滤得到滤液进行蒸发结晶，得到含铁铜的滤渣；
(5)水洗：步骤(4)得到的含铁铜的滤渣进行水洗得到含铁铜泥；
(6)酸溶：将步骤(5)得到的含铁铜泥中加入硫酸溶解得到含铁铜溶液。
进一步地，步骤(1)中，所述含铁铜溶液中铁离子的百分含量为铜离子含量的50％以上。
进一步地，步骤(1)中，所述氧化剂为双氧水、臭氧或氧气。
进一步地，步骤(1)中，所述氧化的时间为1～4h，温度为25～90℃。
进一步地，步骤(2)中，所述中和药剂为生石灰、熟石灰或碳酸钙。
进一步地，步骤(3)中，所述加热的温度为85～95℃，所述静置的时间为3～6h。
进一步地，步骤(4)中，所述电解所用的阴极材质为不锈钢，阳极材质为涂钌钛材。所述电解的时间为24～48h，电流密度0.5～1A/cm2，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种。
进一步地，步骤(4)中，所述蒸发的温度为95～120℃，真空度为0.01～0.1MPa。
进一步地，步骤(5)中，所述水洗是将滤渣与水混合搅拌后，再压滤。
进一步地，步骤(5)中，所述水洗是将泥与水完全搅拌混合后，进行压滤，即完成一次水洗操作；每水洗一次，污泥中盐含量会降低；进行多次水洗，控制污泥中钠/钾含量小于0.1％合格。
进一步地，步骤(6)中，所述硫酸的质量浓度为10～30％；所述硫酸与含铁铜泥的质量比为(1：1)～(5：1)。
现有除铁技术中，有两种原理与本专利方法相关。一种为黄钠铁矾法，一种为调节pH沉淀氢氧化铁法；本专利方法介于两者之间。黄钠铁矾法，其原理为：黄钠铁矾法是能够使铁从有K+，Na+，NH4 +等离子存在的酸性硫酸盐溶液中以结晶化合物沉淀而分离出去。通常除铁的pH控制在1.5-2.5之间，pH值过低则氢离子过高，铁不易去除，pH值过高，则氢氧根含量变大，形成氢氧化铁与黄钠铁矾法竞争铁离子，使铁离子去除效果不佳。调节pH沉淀氢氧化铁法即铁离子与氢氧根生成氢氧化铁沉淀，除铁pH通常控制在3.5-4.5，pH值越高铁去除率越高。上述两种方法均使用常规的液碱(即氢氧化钠)中和，分析这两种方法，我们可以发现，pH较低时，生成的沉淀以黄钠铁矾为主，随着pH值得升高，慢慢转化为以氢氧化铁为主。但其中存在一个大问题，就是理论计算去除三价铁离子的pH值应小于3，即pH值到2.6-2.8时，铁离子去除率就应很高，但实际中铁离子去除效果并不佳；再综合上述两种方法，不难推断出是溶液中存在的K+、Na+、NH4 +等离子影响了铁离子与氢氧根的结合，进而使得铁离子无法有效地沉淀。同时，沉淀铁离子需要消耗氢氧根，进而需要使用碱中和溶液中的氢离子，因此在硫酸溶液体系下，使用钙基碱进行中和是一个合适的方法。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明通过对除铁过程进行优化，使铁离子在脱除时吸附携带的铜离子含量大大降低，从而提高了铜的回收率；同时在铜含量电解降低至一定含量时，使用碱液中和，将得到的含铜泥再次进行酸溶，提高了溶液中铜离子的含量，极大地提高了电解效率，实现了含铁铜溶液中铜的回收。
(2)本发明在中和工艺中，采用石灰代替常规含钠、钾、铵等金属阳离子的碱性溶液，避免了K+、Na+、NH4 +等离子影响铁离子与氢氧根的结合，进而使得铁离子更加有效地沉淀。除铁过程加热，效果提升的原因是随着温度升高，水会电离出更多得氢离子与氢氧根(水的溶度积变大)，溶液中氢氧根含量变大了，则铁离子的残余量就会变小。
(3)本发明除铁过程需静置，不能搅拌，是由于搅拌条件下，能够促进氢氧化铁的溶解，即产生的氢氧化铁沉淀很快又重新溶解了，因此需要保持溶液为静止状态，保持一段时间，进行氢氧化铁的陈化，使其溶解性降低，才能将铁离子去除至较低水平。
(4)本发明通过控制溶液的pH，除铁过程溶液pH控制在2.4-3.2，可以降低铜的损失率，pH过高，铜离子也会大量沉淀；同时，除铁过程进行加热，将产生的胶体氢氧化铁进行脱水，生成水合氧化铁，降低了沉淀的含水率，可从80-90％降低至40-50％，进一步降低了铜离子的损失率。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)氧化：向含铁铜溶液(含铁铜溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，如果含铁铜溶液中铁离子与铜离子的相对含量不在限定的范围内，需要先电解至溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，铁离子与铜离子含量可用ICP发射光谱仪测得)中加入双氧水进行氧化1h，氧化温度为90℃，添加过程中用邻菲罗啉分光光度法测得含铁铜溶液中没有Fe2+时停止加双氧水，得到氧化的铁铜溶液，溶液中铁离子均以三价铁形式存在；
(2)中和：向步骤(1)得到的氧化的铁铜溶液中加入生石灰，静置中和使得中和后溶液的pH为2.4；
(3)加热除铁：将步骤(2)得到的溶液加热至85℃，静置4h，压滤后得到滤渣为氧化铁，收集除铁滤液；所述除铁滤液中铁离子的残留量为200ppm；铜的损失率小于5％；
(4)电解：将步骤(3)得到的除铁滤液进行电解，电解所用的阴极材质为不锈钢，阳极材质为涂钌钛材，电解时间24h，电流密度0.5～1A/cm2，得到电解铜，并收集电解液；向电解液中加入32wt％氢氧化钠溶液中和，使得pH值为8.0，压滤得到滤液于95℃，真空度为0.01Mpa进行蒸发结晶；得到的含铁铜的滤渣；
(5)水洗：步骤(4)得到的含铁铜的滤渣进行水洗得到含铁铜泥，所述水洗是将泥与水完全搅拌混合后，进行压滤，即完成一次水洗操作；每水洗一次，污泥中盐含量会降低；进行多次水洗，控制污泥中钠含量小于0.1％合格；
(6)酸溶：将步骤(5)得到的含铁铜泥中加入质量浓度为30％的硫酸溶解得到含铁铜溶液，其中，硫酸与含铁铜泥的质量比为1：1。
所述含铁铜溶液可再次经过步骤1-6循环处理。
实施例2
一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)氧化：向含铁铜溶液(含铁铜溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，如果含铁铜溶液中铁离子与铜离子的相对含量不在限定的范围内，需要先电解至溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，铁离子与铜离子含量可用ICP发射光谱仪测得)中加入氧气进行氧化4h，氧化温度为25℃，添加过程中用邻菲罗啉分光光度法测得含铁铜溶液中没有Fe2+时停止加双氧水，得到氧化的铁铜溶液，溶液中铁离子均以三价铁形式存在；
(2)中和：向步骤(1)得到的氧化的铁铜溶液中加入熟石灰，静置中和使得中和后溶液的pH为3.2；
(3)加热除铁：将步骤(2)得到的溶液加热至95℃，静置6h，压滤后得到滤渣为氧化铁，收集除铁滤液；所述除铁滤液中铁离子的残留量为200ppm；铜的损失率小于5％；
(4)电解：将步骤(3)得到的除铁滤液进行电解，电解所用的阴极材质为不锈钢，阳极材质为涂钌钛材，电解时间48h，电流密度1A/cm2，得到电解铜，并收集电解液；向电解液中加入50wt％氢氧化钾溶液中和，使得pH值为10.0，压滤得到滤液于120℃，真空度为0.1Mpa进行蒸发结晶；得到的含铁铜的滤渣；
(5)水洗：步骤(4)得到的含铁铜的滤渣进行水洗得到含铁铜泥，所述水洗是将泥与水完全搅拌混合后，进行压滤，即完成一次水洗操作；每水洗一次，污泥中盐含量会降低；进行多次水洗，控制污泥中钾含量小于0.1％合格；
(6)酸溶：将步骤(5)得到的含铁铜泥中加入质量浓度为30％的硫酸溶解得到含铁铜溶液，其中，硫酸与含铁铜泥的质量比为5：1。
所述含铁铜溶液可再次经过步骤1-6循环使用。
实施例3
一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)氧化：向含铁铜溶液(含铁铜溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，如果含铁铜溶液中铁离子与铜离子的相对含量不在限定的范围内，需要先电解至溶液中铁离子含量为铜离子含量的50％以上，铁离子与铜离子含量可用ICP发射光谱仪测得)中加入臭氧进行氧化3h，氧化温度为45℃，添加过程中用邻菲罗啉分光光度法测得含铁铜溶液中没有Fe2+时停止加双氧水，得到氧化的铁铜溶液，溶液中铁离子均以三价铁形式存在；
(2)中和：向步骤(1)得到的氧化的铁铜溶液中加入熟石灰，静置中和使得中和后溶液的pH为2.8；
(3)加热除铁：将步骤(2)得到的溶液加热至90℃，静置4h，压滤后得到滤渣为氧化铁，收集除铁滤液；所述除铁滤液中铁离子的残留量为200ppm；铜的损失率小于5％；
(4)电解：将步骤(3)得到的除铁滤液进行电解，电解所用的阴极材质为不锈钢，阳极材质为涂钌钛材，电解时间30h，电流密度0.8A/cm2，得到电解铜，并收集电解液；向电解液中加入32wt％氢氧化钠溶液中和，使得pH值为10.0，压滤得到滤液于100℃，真空度为0.05Mpa进行蒸发结晶；得到的含铁铜的滤渣；
(5)水洗：步骤(4)得到的含铁铜的滤渣进行水洗得到含铁铜泥，所述水洗是将泥与水完全搅拌混合后，进行压滤，即完成一次水洗操作；每水洗一次，污泥中盐含量会降低；进行多次水洗，控制污泥中钠含量小于0.1％合格；
(6)酸溶：将步骤(5)得到的含铁铜泥中加入质量浓度为30％的硫酸溶解得到含铁铜溶液，其中，硫酸与含铁铜泥的质量比为3：1。
所述含铁铜溶液可再次经过步骤1-6循环使用。
对比例1
本对比例与实施例1相同，不同在于步骤(2)中中和所用中和药剂不同，本对比例所用中和药剂为质量浓度为32％的氢氧化钠，静置中和使得中和后溶液的pH为2.4。
对比例2
本对比例与实施例3相同，不同在于步骤(2)中中和所用中和药剂不同，本对比例所用中和药剂为质量浓度为50％的氢氧化钠，静置中和使得中和后溶液的pH为2.8。
对比例3
本对比例与实施例3相同，不同在于，步骤(3)是将步骤(2)得到的溶液加热至90℃，搅拌4h，压滤后得到滤渣为氧化铁，收集除铁滤液。其余步骤均于实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例3相同，不同在于，步骤(3)是将步骤(2)得到的溶液静置4h。其余步骤均与实施例1相同。
测试例：
本发明测试例实施例1-3对比例1-4在处理过程中除铁效果，铜离子含量等，如表1所示，其中，铁离子、钠离子含量均用ICP发射光谱仪测定，除铁过程中铜损失率(％)计算公式如下式所示：
表1
由表1可知，若只进行室温除铁，则使用石灰中和与使用液碱中和，铁离子残余量并无明显区别；但加热除铁后，铁离子残留产生了明显的区别；这是因为黄钠铁钒法产生沉淀的过程中也需要加热，即在加热条件下，钠钾铵等一价金属阳离子才能与铁离子与硫酸根离子产生明显作用形成沉淀；当pH值上升时，溶液中氢氧根含量变高，高温下铁离子产生沉淀会由黄钠铁矾向氢氧化铁转化；我们通过石灰中和，去除了溶液中的一价金属阳离子，使得氢氧化铁更易沉淀，进而不需调高溶液pH值，进而降低了铜离子的损失率，极大地提高了铜的回收率，具有较大的经济性与实用性。
以上结果描述了本发明的原理和主要特征和本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述描述仅为说明本发明的原理和优点。在不脱离本发明原理的基础上，本发明还会有各种改进和变化，这些改进和变化应包括在本发明专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种提高含铁铜废液中铜回收率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）氧化：向含铁铜溶液中加入氧化剂进行氧化，得到氧化的铁铜溶液，
（2）中和：向步骤（1）得到的氧化的铁铜溶液中加入中和药剂进行中和，使得中和后铁铜溶液的pH值为2.4~3.2；
（3）加热除铁：将步骤(2)得到的溶液加热、静置、压滤后得到滤渣氧化铁，收集除铁滤液；
（4）电解：将步骤（3）得到的除铁滤液进行电解，得到电解铜，并收集电解液；向电解液中加入碱液，调pH值至8~10后，压滤得到滤液进行蒸发结晶，得到含铁铜的滤渣；
（5）水洗：步骤（4）得到的含铁铜的滤渣进行水洗得到含铁铜泥；
（6）酸溶：将步骤（5）得到的含铁铜泥中加入硫酸溶解得到含铁铜溶液；
步骤（1）中，所述含铁铜溶液中铁离子的百分含量为铜离子含量的50%以上；
步骤（2）中，所述中和药剂为生石灰、熟石灰或碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氧化剂为双氧水、臭氧或氧气。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氧化的时间为1~4h，温度为25~90℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述加热的温度为85~95℃，所述静置的时间为3~6h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述电解的时间为24~48h，电流密度0.5~1A/cm2；所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述蒸发的温度为95~120℃，真空度为0.01~0.1MPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述水洗是将滤渣与水混合搅拌后，再压滤。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，所述硫酸的质量浓度为10~30%；所述硫酸与含铁铜泥的质量比为（1：1）~（5：1）。
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