CN209685880U - 一种从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于铜箔生产领域，公开了一种从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，包括：固堆单元，用于将低品位含铜矿石进行固堆，得到含铜矿石堆；喷淋单元，用于将含铜矿石堆采用酸液进行喷淋并浸渍，收集浸出富铜液；萃取单元，用于将浸出富铜液进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相；反萃取单元，用于将富铜有机相进行反萃取，以将富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液；电解单元，用于将硫酸铜液和添加剂混合之后作为电解液进行电解，得到铜箔。采用本实用新型提供的系统生产的铜箔纯度较高，整个过程简单流畅，仅需采用一次电解即可，减少了生产中间环节，生产效率高，处理成本低，易于工业化。

Description

一种从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统

技术领域

本实用新型属于铜箔生产领域，具体涉及一种从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统。

背景技术

锂电池用铜箔作为锂电池负极的集流体及载体，在锂电池中起着无法取代作用，目前供应不足，制约着新能源产业的发展，按照制造工艺，分为压延铜箔和电解铜箔两类。电解铜箔因其先进的生产工艺更能满足当前需求及发展，其生产工艺包括电解液的制备、电解和后处理三个部分，主要是以含铜量在99.8％以上纯铜或电解铜为原料，切碎后经氧化投入硫酸溶液中配成硫酸铜溶液，经调浆、过滤和热交换等工艺处理后进入电解槽、通过电解铜箔机，在转动的阴极表面电沉积制成生铜箔，再经过钝化等表面处理等工序制成商品铜箔。而生产电解铜箔的原料(纯铜或电解铜)一般来自铜矿石或废铜材，最终来源于铜矿石的浸出-萃取-电积生物冶金工艺，或浮选-熔炼-吹炼-精炼火法炼铜工艺。其中，当采用铜矿石的浸出-萃取-电积生物冶金工艺获取电解铜箔原料时，需要将经浸出和萃取之后的富铜溶液进行电积提纯以获得纯度较高的金属铜及拉丝，之后再将该金属铜及拉丝配成硫酸铜溶液电解成铜箔。因此，从目前生产工艺看，从铜矿石开采到电解铜箔的生成，工艺流程复杂，影响因素多，工艺不连续，生产成本高。因此寻求一种处理成本低、适应性强、易于控制、环境友好的从低品位含铜矿石生产电解铜箔装置就显得尤为迫切。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种新的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统。

具体地，本实用新型提供的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统包括：

固堆单元，用于将粒度P₈₀≤60mm的低品位含铜矿石采用堆筑或装柱的方式进行固堆，得到含铜矿石堆；

喷淋单元，用于将所述含铜矿石堆采用酸液进行喷淋并浸渍，收集浸出富铜液；

萃取单元，用于将所述浸出富铜液采用萃取剂进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相；

反萃取单元，用于将所述富铜有机相采用反萃取剂进行反萃取，以将所述富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液；

电解单元，用于将所述硫酸铜液和添加剂混合之后作为电解液进行电解，得到铜箔。

优选地，该系统还包括破碎单元，用于将低品位含铜矿石破碎至粒度P₈₀≤60mm。

优选地，所述电解单元包括阳极、阴极、电解槽、均液器以及外循环管路，所述阳极和阴极设置于所述电解槽中，所述外循环管路用于使电解槽中的电解液循环流通，所述均液器设置于所述循环管路的电解液入口以对所述电解液进行均质。

优选地，所述循环管路上设置有储液槽，用于存储电解液。

优选地，该系统还包括将源自所述萃取单元的萃余液至少部分作为酸液返回至所述喷淋单元，剩余部分处理外排。

优选地，该系统还包括将源自所述反萃取单元的有机相经粘土再生之后作为萃取剂返回至所述萃取单元。

优选地，该系统还包括将源自所述电解单元的电解贫液经净化除杂之后作为所述反萃取剂返回至所述反萃取单元。

本实用新型巧妙地将“湿法冶金”和“电解”这两个独立互不相干的部分进行有机整合，能够控制浸出富铜液中铜离子和有害离子的含量，并确保在电解过程中电解液中的有害离子能够被抑制以避免影响电解生成铜箔的过程，保证最终获得铜箔的纯度。当采用本实用新型提供的系统从低品位含铜矿石中生产铜箔时，整个过程简单流畅，仅需采用一次电解即可，减少了生产中间环节，生产效率高，处理成本低，易于工业化，与现有电解铜箔技术相比，节省了制备金属铜及拉丝的环节，降低了生产成本，经计算，较现有生产工艺至少节省4.5万元/吨，具有良好的经济效益和社会效益，为我国含铜低品位铜矿资源的高效大力开发提供广阔的空间。

此外，本实用新型提供的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统适用于铜含量低至0.40wt％且铜主要以次生硫化铜或者氧化铜形式存在的铜矿石，特别适用于能实现湿法浸出的低品位铜矿资源，扩大了电解铜箔生产原料来源。

附图说明

图1为本实用新型提供的系统从低品位含铜矿石中生产铜箔的流程示意图；

图2为本实用新型提供的电解单元的结构示意图。

附图标记说明

1-固堆单元；2-萃取单元；3-反萃取单元；4-电解单元；41-阳极；42-阴极；43-电解槽；44-均液器；45-外循环管路；46-储液槽；5-破碎单元。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统包括：

固堆单元1，用于将粒度P₈₀≤60mm的低品位含铜矿石采用堆筑或装柱的方式进行固堆，得到含铜矿石堆；

喷淋单元(未示出)，用于将含铜矿石堆采用酸液进行喷淋并浸渍，收集浸出富铜液；

萃取单元2，用于将所述浸出富铜液采用萃取剂进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相；

反萃取单元3，用于将所述富铜有机相采用反萃取剂进行反萃取，以将所述富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液；

电解单元4，用于将所述硫酸铜液和添加剂混合之后作为电解液进行电解，得到铜箔。

所述固堆单元1以粒度P₈₀≤60mm的低品位含铜矿石进行固堆。当低品位含铜矿石的初始粒度P₈₀大于60mm时，需要先破碎之后再进行固堆，此时，从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统还包括破碎单元5(如破碎机)，以用于将低品位含铜矿石破碎至粒度P₈₀≤60mm；当低品位含铜矿石的初始粒度本身就已经处于P₈₀≤60mm时，可以直接进行固堆。所述低品位含铜矿石中的铜主要以次生硫化铜或者氧化铜形式存在。当采用堆筑成石碓的方式进行固堆时，为了便于在喷淋和浸渍过程中收集浸出富铜液，可以在筑成的含铜矿石堆低端开设集液沟，但整个收集过程须达到环保要求防止浸出液外渗。此外，还可以对所述含铜矿石堆进行钻孔和布管，这样能够使得酸液与低品位含铜矿石实现更为有效的接触，从而更有利于在所述喷淋和浸渍过程中将硫酸铜从含铜矿石堆中浸提出来。具体钻孔和布管的方式可以根据实际情况决定。

所述喷淋单元只要能够实现在固堆单元1所获得的含铜矿石堆上喷淋酸液，以使得该酸液渗透进所述含铜矿石堆中并保证含铜矿石表面持续保留有部分酸液以使得固体铜以硫酸铜形成溶解出来即可。所述喷淋单元例如可以为设置在所述固堆单元1上方的喷头，所述喷头的设置方式和设置数量根据喷洒量而定。所述喷头能够喷洒酸液且喷洒的方式优选为喷淋-休止-喷淋-休止交替进展，具体布液周期、休止周期以及堆的寿命视铜期望回收率而定。例如，可以0～30天连续喷淋，31～75天喷淋一天、休止一天，76～180天喷淋一天、休止1～5天。此外，所述喷淋的强度优选为30～40L/(m²·h)。源自所述喷淋单元的浸出富铜液需要满足Cu²⁺≥1.5g/L且Eh≥550mV，且pH值为1.5～1.8。

所述喷淋单元所喷洒的酸液可以为现有的各种能够将铜从含铜矿石堆中以硫酸铜形成溶解出来的酸性液体，优选为硫酸溶液，其浓度优选为0.01～0.1mol/L。

所述萃取单元2用于将所述浸出富铜液采用萃取剂进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相。所述萃取单元2例如可以为萃取槽。在萃取过程中，所述浸出富铜液与萃取剂的体积比优选为(1～1.3):1。所述萃取剂可以为现有的各种能够将所述浸出富铜液中的硫酸铜提取出来的有机物，其具体实例包括但不限于：P204、ZJ988、Lix984、Lix84和M5640中的至少一种。此外，所述萃取剂的浓度可以为5～15wt％。所述萃取所得的萃余液中Cu²⁺浓度低于0.05g/L，其可部分作为喷淋液返回至喷淋步骤，余下进行环保处理。相应地，所述从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统还包括将源自所述萃取单元的萃余液至少部分作为酸液返回至所述喷淋单元，剩余部分处理外排。

所述反萃取单元3用于将所述富铜有机相采用反萃取剂进行反萃取，以将所述富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液。所述反萃取单元3例如可以为反萃取槽。在反萃取过程中，所采用的反萃取剂可以为现有的各种能够将富铜有机相中的硫酸铜释放出来的液体物质，优选稀硫酸液。所述反萃取过程中A/O优选控制在1:(1.1～1.2)。经所述反萃取之后，所得无机相即为硫酸铜液，所述硫酸铜液中Cu²⁺≥50g/L，硫酸浓度≤150g/L，铁离子浓度≤4wt％；所得有机相中含有大量的萃取剂，此时，可以将有机相采用粘土进行再生，恢复操作性能之后返回至萃取步骤继续用作萃取剂。具体的再生方法可以为粘土预处理。此外，所述粘土的用量可以为100～150g/L。相应地，所述从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统还包括将源自所述反萃取单元3的有机相经粘土再生之后作为萃取剂返回至所述萃取单元2。

根据实用新型提供的一种优选实施方式，如图2所示，所述电解单元4包括阳极41、阴极42、电解槽43、均液器44以及外循环管路45，所述阳极41和阴极42设置于所述电解槽43中，所述外循环管路45用于使电解槽43中的电解液循环流通，所述均液器44设置于所述循环管路45的电解液入口以对所述电解液进行均质。此外，所述循环管路45上还可以设置有储液槽46，用于存储电解液。当采用该优选的电解单元进行电解时，不仅能够使电解液在电解过程中循环流动，而且均液器44的使用还能够保证电解液组成的均匀性能以及在极板间流速的均匀性，从而使所得铜箔面密度均匀，避免了晶粒不均匀造成的表面色彩，并且也避免了周边“烧边”现象。

所述电解液中含有硫酸铜液以及添加剂，其中，所述添加剂由无机添加剂和有机添加剂组成，所述无机添加剂含有硫酸钴和氯离子，所述有机添加剂含有明胶、光亮剂和整平剂。所述硫酸铜液和添加剂的用量优选使得所述电解液中Cu²⁺含量为45～55g/L，Co²⁺含量为0.1～20g/L，Cl^-含量为10～30g/L，明胶含量为1～5g/L，所述光亮剂含量为1～5g/L，所述整平剂含量为1～3g/L。此外，所述光亮剂可以为聚二硫二丙烷磺酸钠和/或醇硫基丙烷磺酸钠。所述整平剂可以为聚乙二醇和/或十二烷基磺酸钠。以上特定添加剂的使用能够抑制有害离子对电解铜箔的影响。

电解完成之后，将所述电解之后所得的电解贫液(一般地，电解贫液中Cu²⁺为40～50g/L，H₂SO₄含量为160～180g/L)净化除杂之后返回至所述反萃取步骤与所述富铜有机相一起进行反萃取，这样能够确保有害离子含量在可控范围内。相应地，所述从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统还包括将源自所述电解单元4的电解贫液经净化除杂之后作为所述反萃取剂返回至所述反萃取单元3。所述净化除杂的目的主要是为了控制酸度、氯离子及铁离子含量，具体方法为本领域技术人员公知，在此不作赘述。

如图1所述，当采用本实用新型提供的系统从低品位含铜矿石中生产铜箔时，块状的低品位含铜矿石经破碎单元5破碎至粒度P₈₀≤60mm，之后在固堆单元1中采用堆筑或装柱的方式进行固堆，得到含铜矿石堆；所述含铜矿石堆采用喷淋单元(未示出)喷洒出来的酸液进行浸渍，收集浸出富铜液；所述浸出富铜液在萃取单元2中采用萃取剂进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相和萃余液；萃取所得富铜有机相在反萃取单元3中采用反萃取剂进行反萃取，以将所述富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液和有机相；萃取所得萃余液部分循环至喷淋单元用作喷淋液，剩余部分处理外排；反萃取所得硫酸铜液和添加剂混合之后作为电解液引入电解单元4中进行电解，得到铜箔；反萃取所得有机相经粘土再生之后循环至萃取步骤用作萃取液；电解贫液经净化除杂之后返回至所述反萃取步骤与所述富铜有机相一起进行反萃取。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，该系统包括：

固堆单元，用于将粒度P₈₀≤60mm的低品位含铜矿石采用堆筑或装柱的方式进行固堆，得到含铜矿石堆；

喷淋单元，用于将所述含铜矿石堆采用酸液进行喷淋并浸渍，收集浸出富铜液；

萃取单元，用于将所述浸出富铜液采用萃取剂进行萃取，以将硫酸铜从所述浸出富铜液中提取出来，得到富铜有机相；

反萃取单元，用于将所述富铜有机相采用反萃取剂进行反萃取，以将所述富铜有机相中的硫酸铜释放出来，得到硫酸铜液；

电解单元，用于将所述硫酸铜液和添加剂混合之后作为电解液进行电解，得到铜箔。

2.根据权利要求1所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，该系统还包括破碎单元，用于将低品位含铜矿石破碎至粒度P₈₀≤60mm。

3.根据权利要求1所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，所述电解单元包括阳极、阴极、电解槽、均液器以及外循环管路，所述阳极和阴极设置于所述电解槽中，所述外循环管路用于使所述电解槽中的电解液循环流通，所述均液器设置于所述循环管路的电解液入口以对所述电解液进行均质。

4.根据权利要求3所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，所述循环管路上设置有储液槽，用于存储电解液。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，该系统还包括将源自所述萃取单元的萃余液至少部分作为酸液返回至所述喷淋单元，剩余部分处理外排。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，该系统还包括将源自所述反萃取单元的有机相经粘土再生之后作为萃取剂返回至所述萃取单元。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的从低品位含铜矿石中生产铜箔的系统，其特征在于，该系统还包括将源自所述电解单元的电解贫液经净化除杂之后作为所述反萃取剂返回至所述反萃取单元。