【摘 要】
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海绵铜的常见处理方式流程长,工艺过程复杂,成本较高,需经过多次除杂处理才能得到合格的产品。废杂铜直接电解作为一种无熔炼工序的清洁生产工艺,可以直接生产高品质的阴极铜,具有流程少、能耗低、成本低、工艺成熟的优势。本论文以从海绵铜中回收金属铜为目的,参照废杂铜直接电解工艺,提出将海绵铜冷压成块再进行直接电解回收铜的处理工艺,该工艺流程可以实现金属铜的高效回收,缩减了火法回收铸造和湿法浸出环节的诸多处理
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海绵铜的常见处理方式流程长,工艺过程复杂,成本较高,需经过多次除杂处理才能得到合格的产品。废杂铜直接电解作为一种无熔炼工序的清洁生产工艺,可以直接生产高品质的阴极铜,具有流程少、能耗低、成本低、工艺成熟的优势。本论文以从海绵铜中回收金属铜为目的,参照废杂铜直接电解工艺,提出将海绵铜冷压成块再进行直接电解回收铜的处理工艺,该工艺流程可以实现金属铜的高效回收,缩减了火法回收铸造和湿法浸出环节的诸多处理工序,减少了能源和相关浸出酸液的消耗。针对该工艺,本文进行了两个方面的研究:首先进行了海绵铜物料预处理实验和在不同电解条件下海绵铜冷压直接电解工艺实验。根据物料预处理实验可知,+200目的物料颗粒需磨矿后磁选,-200目颗粒可直接进行磁选,磁选后需进行化学酸浸除杂;化学酸浸单因素除杂最佳条件为:液固比4:1,温度30℃,洗涤浸出时间为2 h;酸浸除杂实验表明,随着铁的去除率增大,铜的损失亦会增加。进行了海绵铜冷压直接电解工艺实验,验证了该工艺过程的可行性;经实验确定了各电解工艺的最佳参数:电解温度40℃、阴极电流密度为200A·cm-2、电解液循环速度8.5L·h-1、极间距4cm、铜离子浓度为40 g·L-1、H2SO4浓度为160g·L-1以及添加剂硫脲浓度为10 mg·L-1,明胶浓度为20 mg·L-1;实验表明通过调节电解液的循环速度和增大极间距可以减少阳极泥的黏附,提升阴极铜品质;综合电解实验表明阴极电流效率为95.15%,阴极铜沉积速率为0.023 g·cm-2·h-1,直流电能耗为620.31 kWh·t-1Cu,钝铜利润可达13965.09元。其次为了探究压力对海绵铜冷压直接电解的影响,在CuSO4-H2SO4电解液中,使用了铜粉模拟海绵铜,进行了相关的冷压块腐蚀电化学理论研究。实验结果表明:当压制力为15 k N时,铜粉冷压块的开路电压曲线稳定腐蚀电压值更低,电位动力学阳极极化结果显示铜粉冷压块具有较差的电导率和电化学溶解性;还测定了电解液硫酸浓度和温度的影响,在H2SO4浓度为160 g·L-1和Cu2+浓度为40g·L-1的电解液中最有利于铜粉冷压块的腐蚀;经过测定的溶解过程活化能为23.969 kJ·mol-1,这可以推断出腐蚀溶解是处于扩散控制过程。
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