[发明专利]一种铜砷镍分离净化铜电解液的方法

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种铜、砷、镍分离净化铜电解液的方法。

背景技术：

铜电解精炼过程中，阳极效率高于阴极效率，Cu²⁺浓度不断升高，必须脱铜。同时，阳极铜中杂质Ni、Fe、As、Sb、Bi等随之溶解进入电解液而不断积累，为保证阴极铜质量，维持正常生产，必须对铜电解液进行净化。

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法，该法净化铜电解液技术成熟，除As、Sb、Bi效果好。但是产生大量黑铜粉，实际生产中往往将黑铜粉和黑铜板返回火法熔炼，造成杂质砷、锑、铋在铜冶炼系统中循环与累积。离子交换法优点是离子交换树脂可循环使用，工艺简单，操作简便。其缺点是离子交换树脂交换容量有限，会引入Na、Cl等新杂质和有机物进入电解液，污染电解液。萃取法缺点有对As萃取强，对锑、铋萃取弱，萃取剂损失大，成本高等。化学沉淀法沉淀效果不理想，沉淀剂用量大，处理成本高。这些方法都只能作为铜电解液净化的辅助工艺，难以大规模工业应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种铜、砷、镍分离净化铜电解液的方法。首先采用分段控制电流密度电积脱铜。电积脱铜后，在溶液中通入二氧化硫，将五价As还原为三价As；还原后的溶液经蒸发浓缩，冷却结晶，回收三氧化二砷和硫酸镍。具体步骤和工艺参数为：

A. 分段控制电流密度电积脱铜

采用分段控制电流密度电积脱铜，铜电解液温度为40~80℃。上段电积脱铜电流密度为150~300A·m^-2，上段电积脱铜至电解液中Cu²⁺≤35g/L。下段电积脱铜电流密度为30~150A·m^-2，下段电积脱铜至电解液中Cu²⁺≤5g/L。

B.砷的还原

在电积脱铜后溶液中通入二氧化硫，将五价As还原为三价As，得到还原后溶液。还原时，反应温度为0℃-120℃，硫酸浓度≤600g/L。

C.浓缩与结晶

加热蒸发还原后溶液，蒸发浓缩后溶液体积为还原后溶液体积的20%-80%。蒸发浓缩后溶液冷却至-30℃~0℃结晶，过滤得到三氧化二砷和硫酸镍混合物；或蒸发浓缩后溶液冷却至0~40℃结晶，过滤得到三氧化二砷，过滤后得到的结晶母液冷却至-30℃~0℃结晶，过滤得到硫酸镍。

A步骤所述的分段控制电流密度电积脱铜，也可以是三段或三段以上，电积脱铜电流密度可以根据铜离子浓度进行调整。

本发明的优点：工艺简单，成本低，净化效果好，实现了铜电解液中铜、砷、镍的分离与回收，由于采用分段控制电流密度电积脱铜，大大减少黑铜粉。同时经过了砷的还原和浓缩结晶，实现了铜电解液中As的开路。     

具体实施方式

实施例1

取铜电解液1.6L，其成分如表1所示，以Pb-Ag合金为阳极，铜始极片为阴极，电流密度为200A·m^-2，铜电解液温度为55℃，加入骨胶、明胶和硫脲。当铜电解液中Cu²⁺浓度降到25.4g/L时，将电流密度调到100A·m^-2进行电积脱铜至Cu²⁺浓度为0.42g/L。电流密度为200A·m^-2时所得阴极铜铜含量为99.96%，砷含量为0.000602%。电流密度为100A·m^-2时，得到阴极产物47.62g，所得产物中铜含量为81.43%，砷含量为6.17%，所得电积脱铜后液成分和体积比较如表1所示。

在电积脱铜后溶液中通入二氧化硫，其流量为400 mL·min^-1，反应时间为4h，反应温度为30℃。将还原后溶液加热蒸发浓缩，冷却结晶后过滤，得到一次结晶母液683mL，其成分如表2所示，得到三氧化二砷13.5g，其成分如表3所示，As的回收率为71.69%。

一次结晶母液冷却至-20℃结晶，过滤后结晶母液成分及体积如表2所示，所得硫酸镍成分如表4所示。

表1脱铜前后铜电解液成分及体积(g·L^-1，mL)