銅加工過程中銅資源回收利用研究

2025-11-15 00:00:00劉敏胡勇

中國資源綜合利用 2025年5期

關(guān)鍵詞：銅加工；銅離子；電解；回收

中圖分類號：TD982 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0050-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.012

Abstract： This paper conducts sampling analysis on copper oxide scale，copper ions in acid solution，copper mud and copper powderin fine brushing water，andfindsthatthere arealargeamountofcopper resources thatcan berecycled and reusedin these three processs.Chemical treatmentis carriedouton these copper containing resources to convert them into copperions，folowed by electrolytic treatment toobtaincathode copper.Theanalysis results indicate that copperesources in the copper processing process are recyclable and have excellent economic benefits.

Keywords： copper processing; copper ion; electrolysis; recycle

1工藝過程銅資源分析

銅板帶是銅加工行業(yè)中壁壘最高的領(lǐng)域之一。銅板帶的應(yīng)用主要集中在電子、電氣、通信、儀器儀表、交通運輸及機械制造等領(lǐng)域[1-2]。銅及銅合金板帶材生產(chǎn)工藝通常為大規(guī)格鑄錠 $$ 熱軋開壞 $$ 銑面冷粗軋 $$ 退火 $$ 清洗 $$ 冷精軋 $$ 退火 $$ 清洗 $$ 分條 $$ 包裝[3。目前，大規(guī)格鑄錠熱軋開壞存在工序多、流程長以及生產(chǎn)成本高等問題。

廢舊銅資源回收再利用符合國家產(chǎn)業(yè)政策，對于節(jié)約自然資源、減少環(huán)境污染、推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[4-5]。本文設(shè)計一套銅資源回收利用工藝，通過工藝試驗，論證銅加工過程中銅資源回收利用的可行性，并測算其經(jīng)濟(jì)效益。

1.1銅的氧化皮

氧化皮主要為銅的氧化物及炭化物，呈典型黑灰色澤，表面呈現(xiàn)不均勻的片層狀剝落特征。經(jīng)熱軋機械應(yīng)力作用后，脫落物以 0.1～3.0mm 粒徑的脆性塊狀粉末形式存在，堆積體具有明顯的棱角特征，觸感粗糙且存在磨蝕性。

1.2 酸液中的銅離子

隨著酸液的持續(xù)使用，酸液中的銅離子含量呈指數(shù)型增長趨勢。新配制酸液中的初始銅離子濃度低于 50mg/L ，連續(xù)生產(chǎn) ^72h 后，銅離子濃度可攀升至800～1200mg/L ，部分工況下甚至達(dá)到 2000mg/L。

1.3精刷水中的銅泥及銅粉

雙面銑、厚帶洗精刷環(huán)節(jié)會研磨掉銅帶表面的一層銅，形成大量銅粉、銅泥，因其大部分形態(tài)過于細(xì)微，利用常規(guī)方法不便收集與處理，基本都隨精刷水排放出去[6-7。目前，該工藝不僅會造成銅的直接損耗，還會增加處理費用。

經(jīng)測算，精刷水銅粉銅泥含量為 1.2g/L ，精刷水體積約 8000L ，每天換水兩次，每個月隨精刷水排走的銅粉銅泥約為 576kg 。

2銅資源回收工藝

2.1 銅的氧化皮回收工藝

含銅廢料（氧化皮）中的銅氧化物（氧化銅、氧化亞銅）可與稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)的方程式為

CuO+H₂SO₄?CuSO₄+H₂O

Cu₂O+H₂SO₄?Cu+CuSO₄+H₂O

因此，可將含銅廢料（氧化皮）中的含銅氧化物通過化學(xué)反應(yīng)變成含銅酸液，做電解回收銅處理。含銅廢料（氧化皮）中的金屬銅在金屬活動順序表中排在氫后，無法置換出 H₂ ，并且稀硫酸沒有氧化性，不能氧化銅，因此在反應(yīng)結(jié)束后，可將固體不溶物（金屬銅粉）壓濾制成電解裝置中的陽極板，純銅制成薄片作為陰極，以硫酸和硫酸銅的混合液作為電解液。通電后，銅從陽極溶解成銅離子（ Cu²⁺ ）向陰極移動，到達(dá)陰極后獲得電子而在陰極析出純銅（也稱為電解銅）。粗銅中比銅活潑的鐵、鋅等雜質(zhì)會隨銅一起溶解為 Zn²⁺ 和 Fe³⁺ 。這些雜質(zhì)離子與銅離子相比不易析出，所以電解時只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電位差即可避免這些離子在陰極上析出。比銅不活潑的雜質(zhì)沉積在電解槽的底部，如金和銀等。

2.1.1工藝流程

第一，含銅廢料（氧化皮）預(yù)處理。收集熱軋過程中產(chǎn)生的含銅廢料（氧化皮），通過物理方法除去氧化皮表面的灰塵及油污等雜質(zhì)，將經(jīng)過處理后的氧化皮粉末進(jìn)行壓濾，制成壞料。

第二，硫酸浸取。將壞料、浸出劑與稀硫酸按照一定比例投入浸出器中，開啟攪拌，含銅廢料（氧化皮）料壞中的含銅氧化物與稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙~溶液。金屬銅粉不與稀硫酸反應(yīng)，變成固體不溶物。將硫酸銅溶液經(jīng)過濾系統(tǒng)除去雜質(zhì)，泵入儲酸罐中待用，測定硫酸銅含量。

第三，液固分離。含銅廢料（氧化皮）經(jīng)過稀硫酸浸取后，通過真空抽濾對硫酸銅溶液與固體不溶物進(jìn)行固液分離，所得濾渣經(jīng)過稀硫酸洗滌數(shù)次，將最終濾渣進(jìn)行壓濾制備陽極電解板。經(jīng)過上述處理，收集含銅廢料（氧化皮）中的銅，回收率大于 90% ○

第四，電沉積處理。將儲酸罐中的硫酸銅溶液泵入電解槽中，粗銅陽極板插入電解槽中，進(jìn)行電解處理，最終硫酸銅溶液及粗銅陽極中的銅轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊忏~在陰極析出。

第五，后處理系統(tǒng)。將電解所得電解銅轉(zhuǎn)入漂洗系統(tǒng)中，除去電解銅表面殘留的酸液后，即得到陰極銅產(chǎn)品。將電解后的酸液排入酸液處理系統(tǒng)，經(jīng)過酸液處理系統(tǒng)后，若電解后的酸液達(dá)標(biāo)，回收利用；若電解后酸液不達(dá)標(biāo)，可以用來中和廢脫脂液或排入污水處理系統(tǒng)。

2.1.2 試驗數(shù)據(jù)

在現(xiàn)場不同位置進(jìn)行含銅廢料（氧化皮）取樣，通過試驗?zāi)M含銅廢料（氧化皮）回收工藝，銅的氧化物與稀硫酸完全反應(yīng)。銅單質(zhì)不溶于稀硫酸，另行處理。通過試驗數(shù)據(jù)可知，銅氧化物中銅的回收率較高，且獲得的銅能達(dá)到陰極銅標(biāo)準(zhǔn)。

2.2酸液中的銅離子回收工藝

酸液中主要存在 H⁺ 、 Cu²⁺ 、 Fe²⁺ 、 Fe³⁺ 等陽離子和 SO₂^-4 等陰離子，當(dāng)電流通過電解質(zhì)溶液時，陽離子向陰極遷移，并在陰極上產(chǎn)生還原反應(yīng)，使金屬沉積。陰離子向陽極遷移并在陽極上產(chǎn)生氧化反應(yīng)，放出電子而氧化。在電解槽中，陽極一般采用鉛板制成，陰極一般采用純銅薄片制成。

2.2.1工藝流程

第一，廢酸儲運。收集生產(chǎn)線中達(dá)到換液標(biāo)準(zhǔn)的廢酸，集中放置于儲酸槽或儲酸罐中。

第二，電沉積處理。將儲酸罐中的硫酸銅溶液泵入電解槽中，進(jìn)行電解處理，最終硫酸銅溶液及粗銅陽極中的銅轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊忏~在陰極析出。

第三，后處理系統(tǒng)。將電解所得電解銅轉(zhuǎn)入電解銅漂洗系統(tǒng)，除去產(chǎn)品表面的殘留酸液，即得陰極銅產(chǎn)品。將電解后的酸液排入酸液處理系統(tǒng)，經(jīng)過酸液處理系統(tǒng)后若電解后的酸液達(dá)標(biāo)，回收利用；若電解后酸液不達(dá)標(biāo)，可以用來中和廢脫脂液或排入污水處理系統(tǒng)。

2.2.2 試驗數(shù)據(jù)

對現(xiàn)場正常使用的含銅酸液進(jìn)行電解處理，回收銅。銅離子在較低濃度情況下，依舊有良好的回收率和銅純度。在整個含銅資源回收系統(tǒng)中，廢酸液主要用來處理含銅氧化皮及雙面銑、厚帶洗精刷水中的銅粉、銅泥。因此，在最終電解過程中，酸液中的銅離子含量遠(yuǎn)大于正常在用酸液中的銅離子含量，其電解效率會進(jìn)一步提高。

2.3精刷水中的銅粉、銅泥回收工藝

2.3.1 工藝原理

在酸性溶液中，雙氧水能氧化銅，故將離心所得銅粉加入酸洗水、雙氧水，并且過濾除去雜質(zhì)，變成含銅酸液，對含銅酸液進(jìn)行電解處理回收銅。離心所得銅粉中的雜質(zhì)，比銅活潑的鐵和鋅等會隨銅一起溶解為離子（ Zn²⁺ 和 Fe³⁺ ）。這些離子與銅離子相比不易析出，會繼續(xù)留著在溶液中，最后在污水處理環(huán)節(jié)處理掉。

2.3.2 工藝設(shè)計

雙面銑、厚帶洗精刷水中的銅粉先通過離心機和高精度過濾帶進(jìn)行在線收集，之后再通過廢酸轉(zhuǎn)化為銅離子，電解回收為高純度陰極銅。

2.3.3 試驗數(shù)據(jù)

精刷水中的銅粉也可以按照酸液電解試驗進(jìn)行處理，具有回收率高、銅純度高的優(yōu)點

3效益分析

按照月產(chǎn)30t陰極銅計算，運行成本如表1所示。經(jīng)計算，電解銅的收益遠(yuǎn)大于運行成本。

表1運行成本分析