以粗結(jié)晶為原料生產(chǎn)電鍍硫酸銅的試驗研究

鐘志燕

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

以粗結(jié)晶為原料生產(chǎn)電鍍硫酸銅的試驗研究

鐘志燕

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

粗結(jié)晶硫酸銅含有大量鎳、砷等雜質(zhì)，簡單溶解——結(jié)晶工藝產(chǎn)出的硫酸銅產(chǎn)品鎳、砷雜質(zhì)含量超出國家標(biāo)準(zhǔn)較多，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，硫酸銅品質(zhì)提升迫在眉睫。通過試驗來研究采用粗結(jié)晶為原料，生產(chǎn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的電鍍硫酸銅的工藝流程及關(guān)鍵控制參數(shù)。

粗結(jié)晶；電鍍硫酸銅；鎳；砷；控制參數(shù)

1 引言

硫酸銅廣泛地應(yīng)用于電鍍、飼料、催化劑等行業(yè)，尤其是在電鍍領(lǐng)域?qū)ζ焚|(zhì)好、純度高的電鍍級硫酸銅需求量日益增加［1］。貴溪冶煉廠硫酸銅生產(chǎn)線主要以銅電解過程脫雜物料粗結(jié)晶為原料生產(chǎn)硫酸銅［2］。粗結(jié)晶是電解液經(jīng)過濃縮結(jié)晶的產(chǎn)物，電解液中含有大量雜質(zhì)［3］，其中鎳、砷雜質(zhì)濃度較高。

2016年1-8月份粗結(jié)晶鎳、砷雜質(zhì)成份如表1所示。

表1 2016年1-8月粗結(jié)晶鎳、砷雜質(zhì)成份

以上原料簡單溶解—結(jié)晶生產(chǎn)的硫酸銅主要化學(xué)成份與電鍍硫酸銅國家標(biāo)準(zhǔn)［4］對比如表2所示，由表2可知主要差距在于砷和鎳：

表2 簡單溶解—結(jié)晶生產(chǎn)的硫酸主要化學(xué)成份與電鍍硫酸銅國家標(biāo)準(zhǔn)的對比

2 試驗

2.1 硫酸銅中砷、鎳分離方法評估

由表1、表2可知，由于原料粗結(jié)晶含砷、鎳較高，產(chǎn)出的硫酸銅砷含量為電鍍硫酸銅一級品標(biāo)準(zhǔn)的60倍，鎳含量為電鍍硫酸銅一級品標(biāo)準(zhǔn)的35.6倍。

砷含量是衡量硫酸銅產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一［5］。化工工藝學(xué)上一般采用重結(jié)晶的方法來提純產(chǎn)品和除去雜質(zhì)［6］。砷采取簡單重溶再結(jié)晶可大幅下降，再輔以水解除雜的工序，可與鐵、鋅、鉛等雜質(zhì)一道得到深度的脫除。

由于鎳與銅諸多性質(zhì)相似，目前分離銅鎳的工藝如萃取、離子交換等，雖然可以實現(xiàn)銅鎳深度分離，但均為先萃取銅或先交換銅的模式，對于粗結(jié)晶這類高含銅的物料要分離銅鎳來說，經(jīng)濟上不合算。由于原料高鎳的背景，在當(dāng)前技術(shù)條件下，從高含銅溶液選擇性脫鎳較難實現(xiàn)，因此只能考慮控制母液含鎳來控制鎳進入硫酸銅。

由表1可知，2016年1-8月份粗結(jié)晶含鎳均值為0.98%，含砷均值為0.53%，而電鍍級硫酸銅一等品對鎳含量要求≤0.005%，對砷含量的要求為≤0.0005%。因此如何降低產(chǎn)品中鎳、砷含量是試驗的重點研究方向。

2.2 工藝流程

結(jié)合貴溪冶煉廠新材料車間現(xiàn)有工藝，試驗擬定的工藝流程見圖1。

圖1 電鍍硫酸銅生產(chǎn)工藝流程

3 結(jié)果與討論

3.1 重溶結(jié)晶工序試驗

重溶母液鎳濃度控制在6～22g/L，重溶液中砷濃度控制在5～22g/L，重溶渣中鎳、砷含量見表3。

在分別用不同鎳含量的重溶硫酸銅進行一次結(jié)晶工序后，發(fā)現(xiàn)在不進行凈化工序的條件下，重溶硫酸銅鎳含量在0.06%以下時，產(chǎn)出的產(chǎn)品可穩(wěn)定達到電鍍硫酸銅一級品國家標(biāo)準(zhǔn)的≤0.005%，即控制重溶母液鎳濃度應(yīng)在8～9g/L以下。根據(jù)2016年1-8月份粗結(jié)晶鎳含量均略高于砷含量的結(jié)果來看，當(dāng)重溶母液鎳濃度在8～9g/L以下時，砷濃度亦在8～9g/L以下，此時重溶硫酸銅砷含量在0.003%以下。

3.2 一次結(jié)晶工序試驗

一次母液濃度鎳濃度控制在0.2～2g/L，砷濃度控制在0.05～1.5g/L，對應(yīng)的硫酸銅產(chǎn)品鎳、砷含量見表4。

表4 一次母液鎳、砷濃度與對應(yīng)的硫酸銅產(chǎn)品鎳、砷含量 %

從表4中可以看出，隨著一次母液鎳濃度的升高，硫酸銅產(chǎn)品含鎳量也隨之上升。當(dāng)一次母液鎳濃度在0.8～0.9g/L以下時，產(chǎn)出的硫酸銅產(chǎn)品鎳含量可穩(wěn)定達到電鍍硫酸銅一等品國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)重溶硫酸銅中鎳、砷含量相差一個數(shù)量級的關(guān)系可知，一次母液中砷濃度在0.1～0.2g/L以下，此時硫酸銅產(chǎn)品中的砷含量＜0.0004%，可達到電鍍硫酸銅優(yōu)等品國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 凈化工序試驗

在試驗過程中，硫酸銅產(chǎn)品中的砷可達到電鍍硫酸銅優(yōu)等品要求，但鎳僅可達到一等品要求，為了使產(chǎn)品中的鎳爭取達到優(yōu)等品要求，在一次結(jié)晶工序前嘗試增加一道凈化工序進行試驗。

凈化工序是在重溶硫酸銅水溶解后加入某種化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以求達到將一部分鎳、砷等雜志留在凈化渣中，以降低凈化液中鎳、砷濃度，從而達到降低硫酸銅產(chǎn)品中鎳、砷含量的目的。

不同凈化方法對硫酸銅產(chǎn)品鎳、砷含量的影響見表5。從表5中可以看出，凈化工序引入其它化合物對降低硫酸銅產(chǎn)品中的砷含量有一定作用，可降低0.0001%～0.0002%，但并不能達到降低硫酸銅產(chǎn)品中鎳含量的目的，因而試驗工藝流程可省略凈化工序，重溶結(jié)晶后可直接進行一次結(jié)晶工序。

表5 不同凈化方法與對應(yīng)的硫酸銅產(chǎn)品鎳、砷含量 %

3.4 工業(yè)試驗

工業(yè)試驗中的主要雜質(zhì)元素含量見表6。

從表6數(shù)據(jù)可見，工業(yè)試驗產(chǎn)出的硫酸銅產(chǎn)品鎳含量均在0.005%以下，砷在0.0005%以下，其它主要雜質(zhì)元素及pH也均能達到電鍍硫酸銅一級品的國標(biāo)要求。

表6 工業(yè)試驗主要雜質(zhì)元素含量 %

4 結(jié)論

（1）以電解粗結(jié)晶為原料生產(chǎn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的電鍍硫酸銅產(chǎn)品需經(jīng)過兩次溶解結(jié)晶工序。關(guān)鍵控制參數(shù)為：在重溶結(jié)晶工序應(yīng)控制重溶母液鎳濃度在8～9g/L以下，可保證重溶硫酸銅含鎳在0.06%以下，此時重溶硫酸銅含砷在0.003%以下；在一次結(jié)晶工序應(yīng)控制一次母液鎳濃度在0.8～0.9g/L以下，以保證硫酸銅產(chǎn)品鎳含量在0.005%以下，此時硫酸銅含砷在0.0004以下。

（2）通過控制母液砷、鎳濃度，有效地解決了高砷、鎳粗結(jié)晶生產(chǎn)電鍍硫酸銅的砷、鎳分離問題，所產(chǎn)出的硫酸銅產(chǎn)品鎳含量在0.005%以下，砷在0.0005%以下，其它主要雜質(zhì)元素及pH也均能達到電鍍硫酸銅一等品的國標(biāo)要求。

［1］韓福勇, 吳陽東, 王永成. PCB酸蝕刻廢液制備電鍍級硫酸銅方法研究[J]. 廣東科技, 2014(12):226-227.

［2］曾曉冬. 采用粗結(jié)晶生產(chǎn)新國家標(biāo)準(zhǔn)硫酸銅的工業(yè)試驗[J]. 銅業(yè)工程, 2013(1):15-17.

［3］張析, 王進龍. 粗品硫酸銅提純工藝研究[J]. 甘肅冶金, 2013, 35(5): 63-65.

［4］汪浩， 陳世榮， 楊瓊. PCB用硫酸銅的制備及有機物雜質(zhì)的影響與處理方法[J]. 印制電路信息, 2013(增刊):120-124.

［5］朱軍, 許萬祥. 硫酸銅制備工藝及研究現(xiàn)狀[J]. 濕法冶金, 2013, 32(1):1-4.

［6］葛兆偉. 從酸性蝕刻廢液中回收鹽酸及生產(chǎn)高純電鍍硫酸銅的研究、應(yīng)用[J]. 廣東化工, 2014, 41(1):115-116.

Experimental Study on Producing ElectroplatingCopper Sulfate Using Crude Crystal as Raw Material

ZHONG Zhi-yan
（Guixi Smelt, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Crude crystal copper sulfate contains a large amount of nickel and arsenic and other impurities,the content of nickel and arsenic in copper sulfate which produced by simple dissolution- crystallization process exceed the national standards so much, it makes the application field of copper sulfate limited,so copper sulfate quality need to be upgraded imminently. Through the experiment to study the process and the key control parameters of producing copper sulfate for electroplating in line with national standards using crude crystal as raw material.

crude crystallization；electroplating copper sulfate；nickel；arsenic；control parameters

TF811

A

1009-3842（2016）06-0060-03

2016-09-06

鐘志燕（1985-），女，江西南豐人，學(xué)士學(xué)位，主要從事有色金屬冶煉工作。E-mail:623334055@qq.com