用于工業(yè)銅電解精煉的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅電解精煉方法。該方法包括將至少一個(gè)待精煉的銅材料的陽極布置成與電解液接觸，以及將至少一個(gè)陰極布置成與電解液接觸。將陽極和陰極電連接至電源，并在電勢(shì)受控條件下運(yùn)行電源。相對(duì)于陽極的銅材料，陰極的電勢(shì)為-0.30V至-0.55V，從而使得電解精煉銅沉積在陰極上。所述方法還包括電勢(shì)恒定脈沖電解(PPE)和周期性電勢(shì)反轉(zhuǎn)(PPR)，從而制造具有受控結(jié)構(gòu)(例如，在粗糙度或孔隙率方面)的銅沉積物。本發(fā)明還公開了用于進(jìn)行電勢(shì)受控電解的裝置。
【專利說明】用于工業(yè)銅電解精煉的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用電勢(shì)控制進(jìn)行銅電解精煉的新方法，其應(yīng)用于銅工業(yè)中。

【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)專利申請(qǐng)No PL396693中公開的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2009年通過銅電解精煉法 獲得的電解銅的全球年產(chǎn)量達(dá)到了 15000000噸。此外，由W.G. Davenport、M. King和 Μ· Schlesinger 在 2002 年發(fā)表于 Elsevier Science Ltd. Oxford 上的題為 "Extractive Metallurgy of Copper"的專題論文中公布的數(shù)據(jù)可知，通過電解精煉可獲得銅含量高于 99. 90 %的高純度銅。
[0003] 銅的品質(zhì)和銅的市場(chǎng)價(jià)格均取決于其機(jī)械、電學(xué)和熱性質(zhì)，這些性質(zhì)隨著雜質(zhì)的 含量而變化。電解精煉法能夠除去銅中的那些不能通過替代的火法精煉法除去的雜質(zhì)。其 也能夠回收其他的貴金屬，例如金、銀、鉬、鎳和硒。
[0004] 在已知的方法中，對(duì)由在火法精煉法過程中得到的非純銅制成的、或者來自于其 他來源（如回收、廢料等）的陽極進(jìn)行電解精煉。在陽極的處理過程中，銅被溶解，并且通 過以下基本反應(yīng)（盡管在實(shí)踐中反應(yīng)更加復(fù)雜）得到水溶液：
[0005] 陽極：Cu〇 = Cu2++2e
[0006] 純銅板或耐酸鋼（不銹鋼）板作為陰極，金屬銅通過以下基本反應(yīng)沉積在該陰極 上：
[0007] 陰極：Cu2++2e = Cu〇
[0008] 在KGHM波蘭格沃古夫銅冶煉和精煉廠的工業(yè)環(huán)境中的電解精煉工藝條件的例 子在2006年弗羅茨瓦夫大學(xué)化學(xué)系Olimpia Gladysz的博士論文中有述。根據(jù)上述來 源，在電解精煉過程中，將作為陽極的非純銅板（利用火法精煉法冶煉的銅板，尺寸為 1 X 1 X 0. 05cm)溶解。將純銅板（其是利用電解法獲得的，厚度在0. 001-0. 003m的范圍內(nèi)） 用作陰極，其中金屬銅沉積在該陰極上。陽極懸掛在電解槽中，該電解槽裝填有由銅離子、 硫酸、有機(jī)添加劑和氯離子構(gòu)成的電解質(zhì)。典型的電解質(zhì)組成示于表1中。將覆蓋有鉛的混 凝土槽、以及由樹脂混凝土制成并用玻璃纖維棒加固的更新的槽用于盛放電解質(zhì)。與混凝 土槽相比，樹脂槽更耐硫酸。它們也是電介質(zhì)和良好的熱絕緣體。將呈板形式的陰極"板" 懸掛在陽極之間并連接至電源。在每個(gè)槽中，三十對(duì)至六十對(duì)陽極和陰極并聯(lián)連接。
[0009] 表1. KGHM波蘭格沃古夫銅冶煉和精煉廠的電解質(zhì)組成和基本的銅電解精煉條件
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種工業(yè)銅電解精煉方法，包括：將至少一個(gè)待精煉的銅材料的陽極布置成與電解 液接觸；將至少一個(gè)陰極布置成與所述電解液接觸；將所述陽極和陰極電連接至電源，并 在電勢(shì)受控條件下運(yùn)行所述電源，以使在施加所述條件的至少一部分的過程中，相對(duì)于所 述陽極的所述銅材料計(jì)，所述陰極的電勢(shì)為-〇. 30V至-0. 55V，從而使得電解精煉銅沉積在 所述陰極上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述電勢(shì)受控條件包括施加復(fù)數(shù)形式電勢(shì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述條件過程中，對(duì)所述電勢(shì)的大小和極性中 的一者或多者進(jìn)行調(diào)制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述電勢(shì)調(diào)制成這樣的矩形波形：所述陰極的 電勢(shì)的大小介于-〇. 30V和-0. 55V之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述條件包括電勢(shì)恒定脈沖電解 (PPE)條件，其中，施加在3至300范圍內(nèi)的多個(gè)陰極脈沖，相對(duì)于所述陽極的所述銅材料 計(jì)，每個(gè)陰極脈沖均具有-〇. 30V至-0. 55V范圍內(nèi)的基本恒定的電勢(shì)，并且每個(gè)陰極脈沖均 具有介于5秒和18000秒之間的持續(xù)時(shí)間，其中通過斷路中斷將所述脈沖按時(shí)間間隔開，每 個(gè)斷路中斷均具有0. 1秒至100秒范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述條件包括周期性電勢(shì)反轉(zhuǎn) (PPR)條件，其中相對(duì)于銅材料陽極計(jì)，施加電勢(shì)在-0. 30V至-0. 55V范圍內(nèi)的陰極脈沖，施 加的持續(xù)時(shí)間在5秒至18000秒的范圍內(nèi)，所述陰極脈沖之后，相對(duì)于所述銅材料陽極計(jì)， 施加+0. 05V至+0. 60V范圍內(nèi)的陽極脈沖，由此所述陽極脈沖的持續(xù)時(shí)間比所述陰極脈沖 的持續(xù)時(shí)間縮短至少50%，并且其中將由所述陰極脈沖和陽極脈沖形成的序列重復(fù)3次至 30次。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述條件包括周期性電勢(shì)反轉(zhuǎn) (PPR)條件，其中相對(duì)于銅材料陽極計(jì)，施加電勢(shì)在-0. 30V至-0. 55V范圍內(nèi)的陰極脈沖，施 加的持續(xù)時(shí)間在5秒至18000秒的范圍內(nèi)，所述陰極脈沖之后，相對(duì)于所述銅材料陽極計(jì)， 施加+0. 05V至+0. 60V范圍內(nèi)的陽極脈沖，由此所述陽極脈沖的持續(xù)時(shí)間比所述陰極脈沖 的持續(xù)時(shí)間短，并且其中在所述陰極脈沖和陽極脈沖之間施加一段時(shí)間的斷路條件，并將 由所述陰極脈沖和陽極脈沖形成的序列重復(fù)3次至30次。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)所述電勢(shì)反轉(zhuǎn)時(shí)，在所述序列過程中將所述斷 路條件施加兩次。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)陰極 被布置成至少一對(duì)電極，并且其中成對(duì)的陰極和陽極之間的距離為5cm或更小。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法的電流效率為95%以 上。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中使用了包含90g/dm3至200g/dm3的 H2S04以及l(fā)g/dm3至50g/dm3的Cu的電解質(zhì)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法是在18°C至65°C的溫度 下實(shí)施的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述方法是在18°C至30°C的溫度下實(shí)施的。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括：首先由火法精煉的、廢棄的或 回收的銅材料形成所述至少一個(gè)陽極。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法是利用由不銹鋼或銅制 成的陰極進(jìn)行的。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括：在所述電解精煉過程中，使所 述電解質(zhì)相對(duì)于所述陽極和陰極而移動(dòng)。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述電解質(zhì)基本上不含任何有機(jī) 添加劑。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述精煉銅的純度超過99. 95%。
19. 一種工業(yè)銅電解精煉系統(tǒng)，包括： 用于容納工業(yè)電解質(zhì)的容器； 至少一個(gè)第一電極，其由待精煉的銅材料形成，并且被定位成用于與所述容器內(nèi)的所 述工業(yè)電解質(zhì)接觸； 至少一個(gè)第二電極，其被定位成用于與所述容器內(nèi)的所述工業(yè)電解質(zhì)接觸；以及 電源，其能夠在電勢(shì)受控條件下運(yùn)行，并且當(dāng)使用時(shí)將所述電源電連接至各個(gè)所述 至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極，以使在施加所述條件的至少一部分的過程中， 相對(duì)于所述至少一個(gè)第一電極的所述銅材料計(jì)，所述至少一個(gè)第二電極的電勢(shì)為-〇. 30V 至-0. 55V，從而使得電解精煉銅沉積在所述至少一個(gè)第二電極上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括：電解質(zhì)管理系統(tǒng)，其被布置為控制所述電解 質(zhì)在槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，以及在所述電解精煉過程中調(diào)節(jié)所述電解質(zhì)的組成。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的裝置，還適用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至18中任意一 項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號(hào)】C25C7/06GK104114750SQ201280067648
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】米哈爾·吉爾羅恩, 普熱梅斯瓦夫·扎普扎爾斯基, 斯瓦沃米爾·魯塔 申請(qǐng)人:納諾莫泰樂吉有限公司