一种铜电解液净化方法与流程

本发明属于铜电解液精炼，具体涉及一种铜电解液净化方法。

背景技术：

1、铜电解精炼既是阳极铜不断溶解，阴极铜不断析出的过程，然而伴随着阳极的溶解，阳极中其他非铜的化学成分也将随着铜元素一同溶解到电解液中，但并不是所有元素都会在阴极上析出，其中部分杂质与铜电位相差较大(如：金(au)，银(ag))会沉淀到电解槽底部变成阳极泥，还有一部分铜离子和一些与铜电位相近的砷(as)、锑(sb)、铋(bi)等杂质在电解液中浓度不断升高，当铜与杂质超过一定浓度后，会对产品质量造成严重危害。因此，现有技术中，为维持电解液中铜与杂质浓度，通常需要开启净液系统、采用净液除杂方法将电解液中铜以及其他杂质浓度降低至合格工艺参数控制范围内。

2、目前主要应用的净液除杂方法是旋流脱砷法以及诱导脱砷法。诱导脱砷是将电解液周期性的循环通过电解槽进行电积脱铜过程，电解液中铜离子在阴极上析出。随着铜离子浓度的降低，阴极电位随之下降。当铜离子浓度降至一定值时，溶液中的砷、锑、铋等杂质跟随着铜析出，在阴极被还原最终被脱除。因此该法存在铜砷不分并伴有杂质开路差的缺陷。随着铜浓度的降低，砷离子降低加快，但当铜离子降低至2g/l后，阴极除了析出铜砷外还伴有砷化氢(ash3)剧毒气体产生，涉及现场作业员工的安全问题。除此之外该工艺还存在作业环境差、能耗高、成本高等诸多缺点。旋流脱砷也是在同样的电化学基础上改良，以较简单的条件脱杂，但是随之而来的是耗能高、作业量大、设备成本高、砷化氢剧毒气体泄露危险以及生产不能稳定且持续等问题。

3、而且，现有技术中的多段电极脱铜工艺通常在不同的设备中进行各自单独控制，工艺控制指标数量多，工艺操作难度大，劳动强度高，设备数量多，维护成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的多段电极脱铜工艺的工艺控制指标数量多、设备数量多且会产生砷化氢有毒气体、铜砷开路难分、铜回收率低、阴极铜质量有待提高的缺陷。本发明提供一种铜电解液净化方法，该净化方法能稳定达到净液目的，又可以通过回配的方式控制合适的电解液流量来保障电积铜(即阴极铜)质量至少部分达到a类铜标准，并以回配方式控制铜浓度不低于2g/l避免了杂质铜砷不分情况，同时降低阴极析出砷化氢(ash3)剧毒气体的风险，且工艺操作简单，设备数量减少，能耗降低。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种铜电解液净化方法，包括以下步骤：

3、s1、将待净化铜电解液或一段电积脱铜前液进行一段电积脱铜，得到一段电积脱铜后液和第一阴极铜；一段电积脱铜前液为一段电积脱铜后液至少部分循环后与待净化铜电解液进行第一回配得到的，第一回配至一段电积脱铜前液的铜浓度为35-42g/l，进而得到的一段电积脱铜后液的铜浓度为25-35g/l；

4、s2、将铜浓度为25-35g/l的一段电积脱铜后液或二段电积脱铜前液进行二段电积脱铜，得到二段电积脱铜后液和第二阴极铜；二段电积脱铜前液为二段电积脱铜后液至少部分循环后与一段电积脱铜后液进行第二回配得到的，控制二段电积脱铜的进液流量为第二回配中一段电积脱铜后液的流量的2倍以上，第二回配至二段电积脱铜前液的铜浓度为20-29g/l，进而得到的二段电积脱铜后液的铜浓度为10-18g/l；

5、s3、将铜浓度为10-18g/l的二段电积脱铜后液或脱杂前液进行脱杂，得到黑铜泥渣和脱杂后液；脱杂前液为脱杂后液至少部分循环后与二段电积脱铜后液进行第三回配得到的，第三回配至脱杂前液的铜浓度为5-10g/l。

6、其中，将所述一段电积脱铜、二段电积脱铜、脱杂以串联方式统一调控，所述调控的条件包括：电流密度为180-280a/m2。

7、本发明优选地，所述调控的条件还包括：电积脱铜电效为50％-90％，生产周期为10-20天。

8、在本发明的一些优选实施方式中，s1中待净化铜电解液中铜浓度为42g/l以上、优选42-50g/l，杂质砷的含量在6g/l以上。

9、在本发明的一些优选实施方式中，s1第一回配中待净化铜电解液与一段电积脱铜后液的流量比为2-8：1，一段电积脱铜后液的循环流量为4-8m3/h；s1一段电积脱铜中的进液流量为25-45l/min·槽。

10、在本发明的一些优选实施方式中，在s1第一回配和s2第二回配中均还包括持续泵入含骨胶和硫脲的添加剂，骨胶与硫脲的质量比为1:1-2，并根据脱铜槽面冲水时的铜析出情况调整添加剂用量：在相应阴极表面有棱角和/或尖头粒子时，骨胶加入量增大20％-40％；在相应阴极表面手感黏腻、存在的粒子为圆头状，棱角或尖头粒子完全消失时，骨胶加入量降低20％-40％。

11、在本发明的一些优选实施方式中，s2的第二回配中，控制一段电积脱铜后液的流量为25-45l/min·槽，二段电积脱铜后液的循环流量为1-4m3/h；s2二段电积脱铜中的进液流量为100l/min·槽以上。

12、在本发明的一些优选实施方式中，s1-s2中所述一段电积脱铜、二段电积脱铜中任一过程采用的电解槽的结构包括：

13、槽本体，其一面开口；

14、阴极和阳极，其设置在所述槽本体内；

15、进液管，其由槽本体的开口面的端部伸入槽本体的底部，进而从槽本体的一侧底部延伸至另一侧底部且延伸部位于阴极的下方，且延伸部上间隔开设喷口，喷口的喷液方向与底部水平面呈40-50°夹角并朝向阴极。

16、更优选地，所述进液管包括位于槽本体端部的总管和位于阴极下方且沿阴极长度方向间隔排布的若干支管，若干支管的一端均连通总管，若干支管的另一端密封，所述支管上均间隔设置所述喷口且相邻喷口之间的间隔距离为80-120mm，喷口的开口直径为3-4mm。

17、在本发明的一些优选实施方式中，s3的第三回配中脱杂后液的循环量与二段电积脱铜后液的流量比为6-13：1，脱杂后液的循环流量为7-14m3/h；所述脱杂的进液流量为45-100l/min·槽。

18、在本发明的一些优选实施方式中，s1中一段电积脱铜、s2中二段电积脱铜的进液温度控制为58-68℃，s3中脱杂的进液温度为50-60℃。

19、在本发明的一些优选实施方式中，s3的第三回配中还包括：先将二段电积脱铜后液经压滤机处理，之后与循环的脱杂后液进行所述第三回配。

20、有益效果：

21、本发明通过上述技术方案，尤其是将一段电积脱铜、二段电积脱铜和脱杂进行串联方式调控，使用串联方式将整流设备数量减少至一台，减少了设备数量降低维护成本；此外串联电流密度相同，减少了需要控制的工艺控制指标数量，降低操作难度，通过采用适宜的电流密度，并配合调整需要回配的相应电解液的铜浓度，能够使得以较低铜浓度的相应电解液进行相应电积脱铜，配合利用相对适宜高流速进液的二段电积脱铜后液加快循环的方式将二段电积脱铜的电解槽内铜浓度较低的二段电积脱铜后液加速置换出来，避免电解槽内二段电积脱铜后液铜浓度过低影响第二阴极铜质量，满足了使用低铜浓度的二段电积脱铜前液也可以析出合格高纯的第二阴极铜的目的；并能够在相应电积脱铜过程中稳定析出铜，将电解液内多余的铜离子通过上述步骤全部用于生产高纯阴极铜及标准阴极铜用于直接外售，既解决了铜电解液的净化问题，又有效的提高了电解阴极铜产量。相比于常规并联方式，本发明的串联方案，整个流程采用统一的电流密度且电流密度固定，因此脱铜、脱杂的处理量固定不变，但是其进入后续各阶段处理的流量可能越来越小则会导致后续步骤电解液流量不足，或进入后续各阶段处理的铜浓度可能越来越高则净化后液铜浓度随之增高无法满足下一阶段生产要求，且不利于脱铜、脱杂，对此，本发明配合利用回配方式得到大流量低铜浓度的各净化前液，既满足各阶段处理流量以及铜浓度要求，保证净化系统稳定运行，又能利于最大化的脱铜、脱杂。

22、本发明通过采用适宜的电流密度，配合其他技术特征，提升二段电积脱铜的脱铜量，并使得出槽周期适宜短(如脱杂出槽周期为3-5天)，能够保持较低的员工劳动强度和较高的槽时利用率，并保证将铜浓度适宜降低至所需适宜水平，避免砷化氢有毒气体的产生。而在相同条件下，若电流密度不适宜，导致出槽周期太短会增加员工劳动强度，降低槽时利用率；导致出槽周期太长则易将铜浓度降的过低产生砷化氢有毒气体危害作业人员生命健康，且周期过长电解槽中沉积的脱杂渣(即黑铜泥渣)过多，会在电解槽内短路，阴阳极有炸槽隐患。

23、本发明保证了阴极铜的质量，且铜回收率高；并且脱砷能力较强，产品处理简单方便，避免危险作业，降低劳动强度，维持了正常生产，提高收益，降低了运行成本。且本发明将净液系统硫酸铜工序取消，同时无夹心铜、海绵铜的产生，减少了此类铜回熔炼系统对熔炼系统的影响，同时还可以有效将电解液系统内的影响阴极铜质量的杂质脱除掉，本发明应用时作业环境较好，能够有效避免砷化氢的产生，提高了作业安全系数，并且脱杂能耗低、产量可观、运行成本低。

24、进一步地，在本发明持续泵入添加剂且及时调整的优选方案中，特别根据铜析出情况及时调整添加剂用量，能够进一步调整阴极铜析出质量，更利于得到高质量的高纯阴极铜以及相应低铜离子浓度的相应电积脱铜后液。

25、进一步地，在本发明优选电解槽结构的优选方案中，更利于电解液充分铺满整个阴极板表面，避免阴极板部分位置贫铜而析出不完整产出铜粉而非阴极铜的可能发生，能达到高纯阴极铜及标准阴极铜要求，产出的相应阴极铜含铜≥99.99wt％，均能达到a类铜标准，称为a级铜。