CN111607809A - 一种生产高纯阴极铜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生产高纯阴极铜的方法，包括以下步骤：1)配制电解液，电解液离子浓度；2)用不锈钢板作阴极，阴极侧边覆以夹条或其它绝缘材料，阴极整体放置在绝缘材料制作的框架内，框架离阴极表面的距离≧60mm，框架由200目或以上的过滤材料包裹；3)保持电解液的不间断循环和电解液温度的稳定，电解液循环过程中，对全循环量的电解液进行至少两道过滤工序的处理；4)经过多道过滤处理后的电解液为阴极液，通过管道输送直接进入阴极框架内，进行电解生产；5)杂质离子浓度达到技术控制指标上限前，抽取溶液进行净化处理。本发明提供的一种生产高纯阴极铜的方法，实现了高纯阴极铜的生产，生产及净化过程技术成熟，生产成本低。

Description

一种生产高纯阴极铜的方法
技术领域
本发明涉及高纯阴极铜的生产工艺，具体是指一种生产高纯阴极铜的方法。
背景技术
目前,铜电解生产过程是在硫酸和硫酸铜的混合液中在一定温度等技术条件进行电解，生产出4N阴极铜产品，控制溶液中杂质含量极低时可以产出5N阴极铜，但生产过程中的温度控制较高、生产成本高，同时因硫酸酸度160至280g/L，净化除杂难度和成本都很高，同时规模化产出的阴极铜产品的质量很难进一步得到提升，生产成本高、作业环境差、产生大量危废物，生产过程铜损失量大，并且难以有效回收、危废物数量大等问题难以解决。
发明内容
以解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种生产高纯阴极铜的方法，改变生产体系溶液性质、管控生产过程工艺参数，实现低成本高效生产、除杂技术成熟可靠。一种生产高纯阴极铜的方法，生产过程技术条件稳定易控、操作过程步骤简单。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种生产高纯阴极铜的方法，包括以下步骤：
1)配制电解液，电解液离子浓度：硝酸根离子50～80g/L，硫酸根离子10～25g/L，铜离子35～60g/L，电解液酸度控制pH在1～2.8；当生产国家标准A级铜产品时，镍离子≦12g/L、砷离子≦3g/L；当生产5N高纯阴极铜产品时，电解液内镍离子≦1g/L、砷离子≦0.3g/L；当生产6N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.2g/L、砷离子≦0.1g/L；当生产7N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.02g/L、砷离子≦0.01g/L；电解液温度：12～25℃，每小时溶液循环量不小于槽体积的3倍，电流密度≦350A/m2、添加剂氯离子浓度0.01～0.03g/L；
2)用不锈钢板作阴极，阴极侧边覆以夹条或其它绝缘材料，阴极整体放置在绝缘材料制作的框架内，框架离阴极表面的距离≧60mm，框架由200目或以上的过滤材料包裹；
3)保持电解液的不间断循环和电解液温度的稳定，电解液循环过程中，对全循环量的电解液进行至少两道过滤工序的处理：一道过滤使用滤布过滤分离电解液中的固体及悬浮物，二道过滤使电解液通过厚度≧100mm、颗粒粒径≦0.15mm的铜粉，使微量的银离子与铜进行置换，以分离溶液中的银，降低产品中银含量；
4)经过多道过滤处理后的电解液为阴极液，通过管道输送直接进入阴极框架内，进行电解生产，电解液通过框架上的过滤材料进入到阳极区，阳极区的电解液带出固体颗粒和悬浮物，阳极液再经多道过滤工序后成为阴极液，输送至阴极区，实现生产体系溶液的过滤和循环；
5)连续生产过程中，步骤4)的循环溶液中，杂质离子浓度达到技术控制指标上限前，抽取溶液进行净化处理：
当以高杂铜阳极板为原料生产4N国标A级铜时，以铁粉置换溶液中的铜，置换出的铜再去做铜阳极，置换后得到的含二价铁和镍等其它杂质的溶液，调整溶液酸度至pH为7至8，同时通入空气氧化二价铁为三价铁，得到混有一定量杂质的镍铁渣，过滤镍铁渣，得到的含微量二价铁和镍离子的溶液循环使用，得到的含有杂质的镍铁渣，返镍生产***处理；
当以纯铜阳极板为原料生产5N或纯度更高的阴极铜时，因阳极中杂质量微小，溶液中的杂质量小，将抽出的此溶液加入一定量浓硫酸，再进行真空蒸发和水雾吸收处理，以回收硝酸的形式回收其中的硝酸根，蒸发至一定程度后冷却降温生产工业级硫酸铜，使杂质在工业级硫酸铜产品中不超标。
作为改进，步骤1)中电解液酸度通过添加硝酸或硫酸进行调节，电解液温度通过冷却降温设备进行热交换带走多余热量。
本发明的有益效果是：
本发明中的方法解决了铜电解生产过程和产品质量提升情况存在的问题，改变生产体系溶液性质、管控生产过程工艺参数，实现低成本高效生产、除杂技术成熟可靠。一种生产高纯阴极铜的方法，生产过程技术条件稳定易控、操作过程步骤简单。实现了高纯阴极铜的生产，生产及净化过程技术成熟，生产成本低，可以生产4N至7N各级别的高纯金属铜。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。
实施例一
使用含铜99.2％的粗铜阳极板生产4N高纯阴极铜，阳极板中杂质镍0.15％，砷0.20％及其它杂质；生产体系条件：电解槽2500×1200×1500；阴极板1200×1020×3；电解槽内同极距120mm；槽内放21块阳极20块阴极。
实现过程后续的步骤按以下方式进行：
(1)电解液关键成份控制，电解液关键离子浓度：硝酸根离子72g/L，硫酸根离子21g/L，铜离子42g/L，镍4.5g/L，砷1.5g/L；
(2)生产过程工艺技术条件：电解液酸度控制pH在1.8；电解液温度：21℃、每小时溶液循环量9m3、电流密度260A/㎡、添加剂氯离子浓度0.02g/L；
(3)使用不锈钢板作阴极，阴极侧边覆以夹条，阴极整体放置在绝缘材料制作的框架内，框架离阴极表面的距离60mm，框架由200目滤布材料包裹；
(4)生产过程中，电解液温度20-21℃，电解液的不间断循环，从阳极区抽出电解液，使电解液通过100目滤布和厚度120mm、颗粒为100目的铜粉层，过滤后的溶液进入到电解槽内的阴极框中；
(5)连续生产过程中，循环溶液中杂质镍离子浓度达到11g/L时，按电解过程镍离子进入电解液的速度抽出电解液，进行净化处理；
(6)以铁粉置换溶液中的铜，置换出的铜再去做铜阳极，置换后得到的含二价铁和镍等其它杂质的溶液，调整溶液酸度至pH为7至8，同时通入空气氧化二价铁为三价铁，得到混有一定量杂质的镍铁渣，过滤镍铁渣，得到的含微量二价铁和镍离子的溶液循环使用，得到的含有杂质的镍铁渣，返镍生产***处理；
(7)稳定在直流电条件下生产250小时，停直流电，取出阴极板，得到4N标准的阴极铜产品。
当生产5N高纯阴极铜产品时，镍离子≦1g/L、砷离子≦0.3g/L；当生产6N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.2g/L、砷离子≦0.1g/L；当生产7N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.02g/L、砷离子≦0.01g/L；其它杂质离子浓度在控制镍砷离子浓度时可以同比例除去，阴极铜产品的品质越高，杂质离子浓度越低。
实施例二
使用含铜99.99％的4N阴极铜为原料，生产5N高纯阴极铜，铜板中杂质镍0.00009％，砷0.00015％，及其它微量杂质；生产体系条件：电解槽2500×1200×1500；阴极板1200×1020×3；电解槽内同极距120mm；槽内放21块阳极20块阴极。
实现过程后续的步骤按以下方式进行：
(1)电解液关键成份控制，电解液关键离子浓度：硝酸根离子75g/L，硫酸根离子12g/L，铜离子45g/L，镍0.5g/L，砷0.2g/L；
(2)生产过程工艺技术条件：电解液酸度控制pH在1.8；电解液温度：22℃、每小时溶液循环量9m3、电流密度252A/㎡、添加剂氯离子浓度0.01g/L；
(3)使用不锈钢板作阴极，阴极侧边覆以夹条，阴极整体放置在绝缘材料制作的框架内，框架离阴极表面的距离60mm，框架由200目滤布材料包裹；
(4)生产过程中，电解液温度22℃，电解液的不间断循环，从阳极区抽出电解液，使电解液通过100目滤布和厚度120mm、颗粒为100目的铜粉层，过滤后的溶液进入到电解槽内的阴极框中；
(5)连续生产过程中，循环溶液中杂质镍离子浓度达到0.6g/L时，按电解过程镍离子进入电解液的速度抽出电解液，进行净化处理；
(6)因阳极中杂质镍量微小，溶液中的杂质量小，将抽出的此溶液加入一定量浓硫酸，再进行真空蒸发和水雾吸收处理，以回收硝酸的形式回收其中的硝酸根，蒸发至一定程度后冷却降温生产工业级硫酸铜，使杂质在工业级硫酸铜产品中不超标。
(7)稳定在直流电条件下生产250小时，停直流电，取出阴极板，得到5N标准的阴极铜产品。
实施例三
生产6N高纯阴极铜产品，过程同实施例二，生产过程中控制杂质离子浓度镍离子≦0.2g/L、砷离子≦0.1g/L；当生产7N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.02g/L、砷离子≦0.01g/L；其它杂质离子浓度在控制镍砷离子浓度时可以同比例除去，阴极铜产品的品质越高，杂质离子浓度越低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种生产高纯阴极铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制电解液，电解液离子浓度：硝酸根离子50～80g/L，硫酸根离子10～25g/L，铜离子35～60g/L，电解液酸度控制pH在1～2.8；当生产国家标准A级铜产品时，镍离子≦12g/L、砷离子≦3g/L；当生产5N高纯阴极铜产品时，电解液内镍离子≦1g/L、砷离子≦0.3g/L；当生产6N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.2g/L、砷离子≦0.1g/L；当生产7N超高纯阴极铜产品时，镍离子≦0.02g/L、砷离子≦0.01g/L；电解液温度：12～25℃，每小时溶液循环量不小于槽体积的3倍，电流密度≦350A/m2、添加剂氯离子浓度0.01～0.03g/L；
2)用不锈钢板作阴极，阴极侧边覆以夹条或其它绝缘材料，阴极整体放置在绝缘材料制作的框架内，框架离阴极表面的距离≧60mm，框架由200目或以上的过滤材料包裹；
3)保持电解液的不间断循环和电解液温度的稳定，电解液循环过程中，对全循环量的电解液进行至少两道过滤工序的处理：一道过滤使用滤布过滤分离电解液中的固体及悬浮物，二道过滤使电解液通过厚度≧100mm、颗粒粒径≦0.15mm的铜粉，使微量的银离子与铜进行置换，以分离溶液中的银，降低产品中银含量；
4)经过多道过滤处理后的电解液为阴极液，通过管道输送直接进入阴极框架内，进行电解生产，电解液通过框架上的过滤材料进入到阳极区，阳极区的电解液带出固体颗粒和悬浮物，阳极液再经多道过滤工序后成为阴极液，输送至阴极区，实现生产体系溶液的过滤和循环；
5)连续生产过程中，步骤4)的循环溶液中，杂质离子浓度达到技术控制指标上限前，抽取溶液进行净化处理：
当以高杂铜阳极板为原料生产4N国标A级铜时，以铁粉置换溶液中的铜，置换出的铜再去做铜阳极，置换后得到的含二价铁和镍等其它杂质的溶液，调整溶液酸度至pH为7至8，同时通入空气氧化二价铁为三价铁，得到混有一定量杂质的镍铁渣，过滤镍铁渣，得到的含微量二价铁和镍离子的溶液循环使用，得到的含有杂质的镍铁渣，返镍生产***处理；
当以纯铜阳极板为原料生产5N或纯度更高的阴极铜时，因阳极中杂质量微小，溶液中的杂质量小，将抽出的此溶液加入一定量浓硫酸，再进行真空蒸发和水雾吸收处理，以回收硝酸的形式回收其中的硝酸根，蒸发至一定程度后冷却降温生产工业级硫酸铜，使杂质在工业级硫酸铜产品中不超标。
2.根据权利要求1所述的一种生产高纯阴极铜的方法，其特征在于，步骤1)中电解液酸度通过添加硝酸或硫酸进行调节，电解液温度通过冷却降温设备进行热交换带走多余热量。
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