CN112126791A - 一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，步骤包括将金属废料预先碾碎后，用盐酸浸泡除去混杂在金属废料中的铁，再用稀硫酸除去金属废料中混杂的锌，最后采用浓硫酸环境中，加入质量浓度27.5％的双氧水、水杨酸和去离子水制备溶解液，在加热加氧环境中与金属废料中的铜和铝反应，将混合铜、铝单质转化为铜离子和铝离子，在混合有铜离子和铝离子的混合溶液中添加NaOH，使得铜离子与氢氧根结合生成Cu(OH)2沉淀，用稀硫酸溶解Cu(OH)2后再进行电积处理即可获得高纯度的铜，本发明的优点在于在转变为离子态的液相处理前先分步除去了金属废料中最有可能包含的数种杂质金属，使得后期液相反应和电积处理时受到的干扰最小化，大大提高了再生铜的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及废金属回收领域，尤其涉及一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法。
背景技术
近年来，各个国家越来越重视原料利用的可持续性，再利用和回收的设想在选择选择材料和设计产品时起着重要作用，如果管理得当，回收有扩大资源利用的潜力，而且能使能耗、排放物和废物处理将至最低，因此回收越来越被认为是原生金属生产必要和有益的补充。
铜既是一种古老的金属，又是一种充满生机和活力的现代工程材料，其延展性好，导热性和导电性高，因此常用于电缆和电气、电子元件中，也可以用作建筑材料。此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。现代工业中，避免不了金属废料的产生，这些金属废料包括镀铜槽渣和污泥、铜废催化剂、铜蚀刻液污泥、镀铜污泥、含铜废石、铜氧化污泥等，如果直接将这些金属废料丢弃，一是会造成严重的重金属环境污染，二是资源浪费，因此，需要一种能够从金属废料中回收再生金属铜的方法。
传统的铜回收再生工艺多采用火法炼铜，该工艺只能处理含铜量较高的废渣，且回收再生过程中能耗较高，增加了铜回收再生成本，环境污染严重，铜的回收率较低，再生铜的纯度较差。
对于常见的金属废料，含量最多的金属杂质主要为锌、铁、铝和锡，因此可以设计一种预先分离这几种大组分干扰物的提炼方法，可以大大提高回收铜的纯度。
发明内容
发明目的：本发明的目的是给出一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法。
为解决上述问题并达到上述发明目的，本发明通过以下设计结构及技术方案来实现：
一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至50～150目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH1～3的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70～100min，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、在S4获得的滤液中加入过量NaOH，充分搅拌使得溶液中的铜离子完全沉淀，而铝离子与过量NaOH反应时首先生成Al(OH)3，而后Al(OH)3继续与NaOH反应，生成水合偏铝酸即HAlO2·H2O，HAlO2·H2O溶于水，因此沉淀物中只有Cu(OH)2，同时少数残留的锌离子也会生成锌酸根离子溶解在水中；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，得到纯铜和电解废液。
作为优选的，S5中产生Cu(OH)2后，可以直接将Cu(OH)2烘干脱水后加热至1026℃，加热时Cu(OH)2首先分解出CuO，而后到1026℃时CuO再次分解生成铜单质。
作为优选的，S4中将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70～100min的反应过程中对反应环境保持20000Hz的超声波震荡。
作为优选的，S1中将金属废料碾碎至50目的金属颗粒。
作为优选的，S7采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为180A/m2～200A/m2，电积温度为45℃～52℃，槽电压1.5V～2.0V。
本发明有益效果：(1)在转变为离子态的液相处理前先分步除去了金属废料中最有可能包含的数种杂质金属，即铁、锌和铝这类常用的工业金属，使得后期液相反应和电积处理时受到的干扰最小化，大大提高了再生铜的纯度；
(2)采用共同溶解后反向沉淀的方法分离铜和铝，相较于熔融分层的物理分离法所需要消耗的能量大大减小，且不需要适应高温反应的容器，降低了生产成本；
(3)沉淀酸化后通过电积析出的方式制备回收的单质铜，回收率更高。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1：一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至50目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH1的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应100min，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、在S4获得的滤液中加入过量NaOH，充分搅拌使得溶液中的铜离子完全沉淀，而铝离子与过量NaOH反应时首先生成Al(OH)3，而后Al(OH)3继续与NaOH反应，生成水合偏铝酸即HAlO2·H2O，HAlO2·H2O溶于水，因此沉淀物中只有Cu(OH)2，同时少数残留的锌离子也会生成锌酸根离子溶解在水中；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为200A/m2，电积温度为52℃，槽电压2.0V，得到纯铜和电解废液。
实施例2：一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至150目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH3的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70min，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、在S4获得的滤液中加入过量NaOH，充分搅拌使得溶液中的铜离子完全沉淀，而铝离子与过量NaOH反应时首先生成Al(OH)3，而后Al(OH)3继续与NaOH反应，生成水合偏铝酸即HAlO2·H2O，HAlO2·H2O溶于水，因此沉淀物中只有Cu(OH)2，同时少数残留的锌离子也会生成锌酸根离子溶解在水中；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为180A/m2，电积温度为45℃℃，槽电压1.5V，得到纯铜和电解废液。
实施例3：一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至50目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH1的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70～100min，同时对反应环境保持20000Hz的超声波震荡，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、在S4获得的滤液中加入过量NaOH，充分搅拌使得溶液中的铜离子完全沉淀，而铝离子与过量NaOH反应时首先生成Al(OH)3，而后Al(OH)3继续与NaOH反应，生成水合偏铝酸即HAlO2·H2O，HAlO2·H2O溶于水，因此沉淀物中只有Cu(OH)2，同时少数残留的锌离子也会生成锌酸根离子溶解在水中；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为200A/m2，电积温度为52℃，槽电压2.0V，得到纯铜和电解废液。
实施例4：一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至50目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH1的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应100min，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、将Cu(OH)2烘干脱水后加热至1026℃，加热时Cu(OH)2首先分解出CuO，而后到1026℃时CuO再次分解生成铜单质；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为200A/m2，电积温度为52℃，槽电压2.0V，得到纯铜和电解废液。
对比根据实施例1、2、3和4进行试验制得的回收铜，试验所用的金属废料中铜含量已知，测试四组回收铜的纯度及回收率，得到的数据列表如下：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 纯度 | 99.99％ | 99.87％ | 99.993％ | 99.991％ |
| 回收率 | 97.2％ | 93.1％ | 98.2％ | 97.9％ |
由上表数据可见，在操作中，金属颗粒的目数越小，电积时电流密度、电压及温度越高，回收铜的纯度和回收率越高，同时初步溶解铜铝时采用超声波振荡可以提高铜与溶解液的接触面积，有效提高铜的回收率，加热分解Cu(OH)2的损失量相比于酸液溶解损失量更大。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将金属废料碾碎至50～150目的金属颗粒；
S2、将金属颗粒浸入pH1～3的盐酸环境中，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的铁充分与盐酸反应后过滤混合物；
S3、将S2中过滤所得的滤渣投入0.1mol/L的稀硫酸，以180r/min的转速搅拌使之充分反应至金属颗粒表面无气泡产生，即所含的锌充分与稀硫酸反应后过滤混合物；
S4、取18.4mol/L的浓硫酸环境中，再加入质量浓度27.5％的双氧水和水杨酸，双氧水和水杨酸的质量比为100：1，以25：1的比例向浓硫酸、双氧水和水杨酸的混合物中加水混合均匀制得溶解液，将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70～100min，反应完成后将混合物过滤，取滤液；
S5、在S4获得的滤液中加入过量NaOH，充分搅拌使得溶液中的铜离子完全沉淀，而铝离子与过量NaOH反应时首先生成Al(OH)3，而后Al(OH)3继续与NaOH反应，生成水合偏铝酸即HAlO2·H2 O，HAlO2·H2 O溶于水，因此沉淀物中只有Cu(OH)2，同时少数残留的锌离子也会生成锌酸根离子溶解在水中；
S6、过滤出S5中的沉淀物并用去离子水清洗后再次加入过量0.1mol/L稀硫酸与Cu(OH)2反应生产CuSO3；
S7、S6中的溶液反应完成后电积沉铜，采用钛镀二氧化铅作为阳极，以纯铜始极片作为阴极，将硫酸铜溶液在直流电流作用下进行电积反应，得到纯铜和电解废液。
2.根据权利要求1所述的一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，其特征在于：S5中产生Cu(OH)2后，可以直接将Cu(OH)2烘干脱水后加热至1026℃，加热时Cu(OH)2首先分解出CuO，而后到1026℃时CuO再次分解生成铜单质。
3.根据权利要求1所述的一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，其特征在于：S4中将S3中的混合物投入溶解液中，加热至70℃，保持70℃并持续通入氧气反应70～100min的反应过程中对反应环境保持20000Hz的超声波震荡。
4.根据权利要求1所述的一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，其特征在于：S1中将金属废料碾碎至50目的金属颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种从金属废料中回收再生高纯铜的方法，其特征在于：S7采用脉冲电流或直流电流的大小以维持阴极上的平均电流密度为180A/m2～200A/m2，电积温度为45℃～52℃，槽电压1.5V～2.0V。
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| CN114487264A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 九牧厨卫股份有限公司 | 一种铸造铅黄铜洗铅槽液中铅含量的测定方法 |
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| CN114487264B (zh) * | 2022-01-21 | 2024-02-06 | 九牧厨卫股份有限公司 | 一种铸造铅黄铜洗铅槽液中铅含量的测定方法 |
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