[发明专利]从精炼厂电解质溶液中减少杂质金属的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月26日提交的美国专利申请序列号14/836,370和2015年9月4日提交的美国专利申请序列号14/846,142的优先权，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及萃取冶金领域。具体而言，本发明涉及在精炼厂工艺中产生的电解液的杂质金属含量的方法。

背景

铜以及各种其他金属的重要性导致了对更高效和高产的获取方法的不断寻求。

生产高纯度铜的一种方法是高温冶金术。然而，高温冶金术和金属矿石(包括铜)的纯化由于该方法的固有限制而不可避免地导致产品中的各种杂质。因此，最初的产品由于混合杂质而必须经过进一步纯化。需要另外的工艺来使粗产品达到所需的纯度标准。

大部分商品铜通过高温冶金术生产，例如熔炼。实际上，超过百分之七十的铜金属来自硫化铜精矿的熔炼。在铜从硫化铜精矿中分离出来之后，铜被铸造成铜阳极。这些阳极含有多种可溶于熔融铜的金属杂质。在这一点上，铜约为99％。然而，对于一些行业，如电线和电气操作，铜的纯度必须为至少99.99％。而且，除了铜的整体纯度之外，一些杂质特别是必须保持最小。例如，即使仅以ppb存在铋也会使铜太脆而不能拉线。与其他金属一样，单独熔炼不足以生成高纯度的铜。取决于所处理的矿石，贵金属，镍，铅，铁，硒，碲，砷，锑，锡和铋可能存在于这种粗铜(“泡铜”)中，因此需要进一步精炼。

提高铜纯度的方法是将铜从铜阳极片电解转移到阴极作为阴极铜。作为该工艺的一部分，阳极铜片中的杂质溶解在电解质中，或作为淤渣落到电池的底部。在溶液中积累这些杂质会引起问题，因为作为该工艺的一部分，电解质夹带在铜阴极片中，因此使铜片浸渍有不需要的金属物质。

从“泡铜”中去除杂质的最广泛使用的方法之一是电解精炼。在电解精炼中，泡铜被重新熔化并倒入片材中。这些片材起到电解池的阳极的作用，其作为最终铜阴极产物溶解并最终重新镀覆。铜阳极中的大部分杂质在电极表面形成不溶的“淀渣”或落到电池底部。然而，一些杂质，特别是锑、锡和铋会溶解到酸性铜电解质中，并可能通过多种机理结合到阴极中。这些杂质恶化阴极质量，导致不利的下游处理(例如，拉铜线)。由于电解质杂质的重大经济影响，铜生产商竭尽全力减轻任何和所有负面影响运营成本和/或最终产品质量的因素。

确保高纯度产品的常用策略是控制电解质中不需要的金属如铋、锡和锑的浓度，如果不加抑制的话，其会随着时间的推移而迅速增加。典型地，酸性电解质中的浓度保持在0.3-0.5g/L(例如铋和锑)，但是当浓度达到临界极限时，电解质流被排出、处理并最终返回到电池中。

已经研究了几种去除上述杂质金属的方法。在可用于除去锑、锡和铋的各种方法中，一种选择是离子交换。然而，这种方法中的试剂消耗量很高，使其成为昂贵和低效的选择。另一种选择涉及不需要的金属的沉淀。然而，这种处理需要改变溶液的各种特性(例如酸浓度)。这需要额外的试剂，并且由于溶液特性的变化(例如太酸性)，所得溶液不能返回到电解精炼过程。通过沉淀处理之前，还可能需要回收铜价值。其他选择还包括杂质的电解萃取。然而，这种方法通常要求铜从排出流中电解萃取并在任何其他污染物可从溶液中去除之前送回再处理。因此需要解决这些问题中的一个或多个的方法。

概要

本发明的一个方面涉及从精炼厂电解质溶液中减少杂质金属的方法。在一个或多个实施方案中，所述方法包括使包含杂质金属的精炼厂电解质溶液与具有由以下表示的结构的磷酸酯接触：

其中R¹包括线性、支化或环状烷基或芳基，其中杂质金属选自铁、锑、砷、铋、锡及其组合。在一个或多个实施方案中，磷酸酯中的R¹为支化或线性的C₆-C₁₈烷基。在一些实施方案中，磷酸酯包括异辛基磷酸、2-乙基己基磷酸、辛基苯基磷酸或壬基苯基磷酸。在一个或多个实施方案中，磷酸酯包括异辛基磷酸或C₁₂烷基苯基磷酸。

在一些实施方案中，该方法还包括使包含杂质金属的精炼厂电解质溶液与二取代的磷酸酯接触。在一个或多个实施方案中，该方法还包括使电解质溶液与溶解度改性剂(solubiliyt modifier)接触。在一些实施方案中，该方法还包括使电解质溶液与动力学改性剂(kinetic modifier)接触。在一个或多个实施方案中，杂质金属选自铋、锑、锡及其组合。

本发明的另一方面涉及从精炼厂电解质溶液中减少杂质金属的方法。在一些实施方案中，该方法包括